Рефрактометр. Принцип действия и применение рефрактометров.

Рефрактометр – это оптический инструмент, предназначенный для измерения концентрации растворов с помощью явления преломления света. Термин «рефракция» (от лат. refractus - преломленный и греч. metreo - измеряю) был введен в науку Ньютоном в начале 18-го века.


Типы рефрактометров

Среди современных рефрактометров можно выделить промышленные, лабораторные и портативные.


Промышленный рефрактометр

Промышленные и лабораторные рефрактометры предназначены для исследования веществ в научных лабораториях и контроля технологических процессов на производстве. Они имеют высокую точность измерений и сравнительно большие размеры.

Портативные рефрактометры предназначены для оперативного контроля веществ в лаборатории, на производстве или в полевых условиях. В свою очередь, портативные рефрактометры делятся на цифровые и ручные.

Цифровые портативные рефрактометры имеют жидкокристаллический экран, на котором отображается результат измерений. Обычно они также обладают дополнительными функциями, такими как одновременное измерение плотности и коэффициента преломления раствора, преобразование результатов в различные единицы измерения, поддержание температуры образца и прочее.

Ручные портативные рефрактометры имеют компактные размеры и не содержат никаких электронных схем и элементов питания, что позволяет с легкостью использовать их для измерений как на производстве, так и в домашних условиях. Сегодня такие рефрактометры очень популярны, благодаря своей точности, удобству эксплуатации, портативности и приемлемой цены.

Принцип действия ручных рефрактометров

Принцип действия рефрактометра базируется на использовании явления преломления света. При переходе из одного вещества в другое луч света отклоняется от прямолинейного направления на некоторый угол. Соотношение угла вхождения луча света в вещество и угла преломления его на границе раздела двух сред называется коэффициентом (показателем) преломления.

Строение рефрактометра схематически изображено на рисунке ниже. Основным оптическим элементом рефрактометра является главная призма, на которую наносится исследуемое вещество. Главная призма состоит из материала с высоким показателем преломления.

Благодаря этому, падающий свет, проходя через вещество и призму, преломляется под достаточно большим углом. Далее, через систему оптических линз, свет попадает на шкалу рефрактометра (проградуированную окружность). В зависимости от угла преломления луч света оказывается выше или ниже на шкале прибора. Освещенная часть шкалы при этом будет светлой; та часть, на которую луч света не попадет окажется темной. Величина угла преломления света зависит от состава раствора и его концентрации. Таким образом, по положению границы раздела между светом и тенью можно однозначно определить коэффициент преломления или оптическую плотность исследуемого раствора.

Схема ручного портативного рефрактометра

Нужно, однако, иметь ввиду, что показатель преломления вещества также зависит от температуры. Некоторые модели ручных рефрактометров учитывают влияние температуры с помощью функции ATC (Automatic Temperature Compensation System – система автоматической компенсации температуры). Внутри их корпуса находится биметаллическая пластина. Она сжимается или растягивается в зависимости от перепадов температуры. Биметаллическая пластина соединена с оптической системой рефрактометра, плавно передвигая ее при изменениях температуры. Величина сдвигов рассчитана так, что влияние температуры на коэффициент преломления вещества полностью компенсируется. При покупке рефрактометра обязательно обращайте внимание на наличие в нем функции АТС. В случае ее отсутствия, необходимо пользоваться специальными таблицами для пересчета полученных значений в зависимости от температуры окружающей среды.

Проведение измерений

Перед проведением измерений ручной рефрактометр необходимо откалибровать. Для калибровки большинства рефрактометров используется дистиллированная вода. На главную призму с помощью пипетки наносится несколько капель воды, затем закрывается защитное стекло. При этом нужно следить, чтобы вода под защитным стеклом равномерно покрыла поверхность призмы, не оставляя пузырьков воздуха. Далее с помощью калибровочного винта на шкале прибора выставляется значение 0,0. После калибровки призму нужно аккуратно протереть мягкой тряпочкой. Теперь рефрактометр готов к измерениям.

Для проведения измерений производятся те же действия, что и при калибровке, но вместо дистиллированной воды на призму прибора наносится исследуемый раствор. Калибровочный винт при этом остается в своем первоначальном положении. После нанесения раствора необходимо подождать 30 секунд для того, чтобы температура раствора сравнялась с температурой прибора. Затем рефрактометр направляют на источник света (дневной свет или лампа накаливания) и снимают показания.

После проведения измерений призму снова нужно протереть мягкой тряпочкой. Ручной рефрактометр нельзя опускать в воду; это может привести к попаданию воды внутрь прибора и затуманиванию шкалы. Не измеряйте рефрактометром жесткие или коррозийные вещества, так как они могут повредить покрытие призмы.

Применение рефрактометров

Рефрактометры широко используются в различных областях человеческой деятельности. Ниже перечислены некоторые из применений рефрактометров:

    В пищевой промышленности:
  • контроль качества пива, вина и других алкогольных напитков;
  • определение массовой доли растворимых сухих веществ в продуктах переработки плодов и овощей;
  • определение концентрации сахара в напитках, сиропах, консервах;
  • измерение процентного содержания жира в твердых продуктах питания;
  • измерение массовой доли белков и сухих обезжиренных веществ в молоке;
  • определение влажности меда.
    В медицине:
  • определение белка в сыворотке крови;
  • определение плотности мочи, субретинальной жидкости глаза;
  • определение концентрации лекарств.
    В фармацевтической промышленности:
  • исследование концентрации растворов различных лекарственных препаратов.
    При обслуживании автомобилей, тракторов, судов:
  • определение сорта моторных топлив, охлаждающих жидкостей.

В следующих статьях про рефрактометры мы будем рассматривать их применение в разных отраслях, для решения конкретных задач.


Публикация данного материала в других источниках и его перепечатка без прямой ссылки на первоисточник (сайт ЭкоЮнит Украина) строго запрещена.