Как работает рефрактометр
Рефрактометр: устройство, принцип работы и сферы применения
- Главная страница
- Пресс-центр
- Устройство рефрактометра
Рефрактометр — это специальный оптический прибор, который используют для измерения параметров различных веществ методом светопреломления.
В этой статье мы рассмотрим виды, сферы применения, принцип работы, устройство рефрактометра.
Происхождение названия
Название прибора исходит из термина «рефракция» (лат. refractus — преломленный), который появился благодаря Исааку Ньютону ещё в начале XVIII века. Согласно Ньютону, рефракция — это атмосферно-оптическое явление, вызванное преломлением световых лучей в атмосфере.
Оно проявляется в кажущемся смещении удалённых объектов, а иногда — в кажущемся изменении их формы. С помощью рефрактометра можно измерять концентрацию веществ через коэффициент преломления света.
Сферы применения
Показатель преломления света необходим при проведении различных исследований. С его помощью определяют физические и химические параметры веществ, проверяют качество продуктов. Поэтому рефрактометры широко применяются:
- В пищевой промышленности: контроль крепости алкогольных напитков, расчёт массовой доли растворимых веществ и концентрации сахара, измерение содержания жира, белков, влажности мёда.
- В медицине: определение белка в сыворотке крови, плотности мочи, концентрации лекарств.
- В химии: измерение количества кислот, солей, металлов и пр. веществ, контроль степени полимеризации синтетических смол, пластмасс.
- В фармацевтической промышленности: изучение концентрации кислот, растворов лекарственных препаратов.
- В нефтегазовой промышленности: определение качества топлива, охлаждающих жидкостей для автомобилей, сельскохозяйственной техники, судов, анализ состава воздуха, влажности метана.
Конструкция
Стандартный рефрактометр состоит из нескольких основных деталей. Среди них:
- Призма. Главный оптический элемент, на который наносят изучаемое вещество. Выполняется из материала, обладающего высоким коэффициентом преломления света. Поэтому луч, проходящий через неё, попадает на шкалу под большим углом отклонения.
- Шкала. Градуированная окружность, на которую попадает луч, образуя две области: освещённую и неосвещённую. Коэффициент преломления высчитывается в зависимости от положения границы раздела. У большинства моделей есть сразу несколько шкал, а именно:
- Water — водяная шкала, показатели которой расположены в диапазоне 12-27%. Для определения влажности вещества.
- Brix — для определения содержания сахара в мёде, со значениями 58-90%.
- Baume — для измерения плотности жидкости градусами Боме. - Защитное стекло на шарнире. Сжимает и разглаживает исследуемый слой вещества, опускаясь на него гладкой поверхностью.
- Калибровочный винт. Вращается при помощи миниатюрной отвёртки, идущей в комплекте с прибором. Сам винт расположен на наклонном срезе. С его помощью можно настраивать оптическую схему.
- Система оптических линз. Линзы, окрашенные в синий цвет и обладающие однородной структурой, расположены внутри корпуса, в области наклонного среза. Они преломляют свет. Синий окрас обеспечивает чёткое разделение света и тени на шкале.
- Биметаллическая пластина. Встроенная пластина, предназначенная для корректировки оптических характеристик прибора в зависимости от температурного уровня. Уменьшает влияние температуры на коэффициент светопреломления.
- Монокуляр. Отверстие для наблюдения за результатами исследования.
Принцип работы
Рефрактометр работает по принципу полного внутреннего отражения.
Луч света, переходя из одного вещества в другое, меняет направление, образуя угол, величина которого зависит от состава и концентрации изучаемого раствора.
Соотношение угла вхождения к углу преломления на границе раздела двух сред — это коэффициент преломления. С его помощью определяется оптическая плотность вещества.
Типы рефрактометров
Есть несколько типов приборов. А именно:
- Лабораторный. Настольные рефрактометры, обладающие наибольшей точностью. Применяются для научных исследований.
- Промышленный. Стационарный прибор с автоматическим принципом работы, который чаще всего встраивается в различные технологические установки, контролируя состав веществ в режиме реального времени. Может подключаться к компьютеру.
- Портативный. Компактный измеритель, наиболее подходящий для оперативного применения. Есть два вида портативных рефрактометров: ручной и цифровой.
Первые изготавливаются без элементов питания и электросхем, измерение проводится только за счёт искусственного или дневного света.
Цифровые работают от батареек, а показатели отображаются на встроенном ЖК-экране.
Калибровка
Чтобы прибор демонстрировал точные результаты, его предварительно необходимо подготовить к использованию. Для этого нужна процедура калибровки.
Чаще всего калибровка проводится с помощью дистиллированной воды. Она помогает выставить на шкале рефрактометра нулевое значение. Вода оказывает минимальное влияние на преломление света, демонстрируя нулевой коэффициент на линзе.
- Нужно поднять пластинку для освещения и пипеткой нанести на призму несколько капель воды. Затем закрыть стекло таким образом, чтобы жидкость равномерно распределилась под ним, не образуя пузырьков.
- Затем нужно выждать около 30 секунд, после чего направить прибор в сторону света и посмотреть в окуляр. Вы увидите круглую область с центром, расположенным внизу.
- После этого необходимо выставить нулевое значение при помощи калибровочного винта.
Его подкручивают отвёрткой до тех пор, пока границы двух областей не соединятся в нулевой отметке. По завершении процедуры тщательно очистите линзу мягкой тканью, идущей в комплекте. Прибор будет готов к исследованиям.
Калибровку необходимо периодически повторять, если проводится много измерений с разными веществами. Это поможет избежать возникновения ошибок в его показателях.
Как пользоваться рефрактометром
Использование прибора для измерений мало чем отличается от процесса калибровки. Для замеров, как правило, требуется всего 2-3 капли материала. Его наносят на поверхность призмы, накрывая защитным стеклом. Образуется равномерный слой определённой толщины.
Падающий луч света, проходя через призму с веществом, преломляется. Через систему оптических линз он попадает на шкалу. Через монокуляр можно наблюдать результат. По положению границы между синим и белым цветом шкалы определяется коэффициент преломления.
Правила использования
Для получения правильных результатов необходимо, чтобы температура изучаемого состава и окружающего воздуха несильно различались. Поэтому перед снятием показаний необходимо выждать около 30 секунд. Чем тоньше слой вещества, тем точнее результат.
Инструмент нельзя погружать в воду, попадание влаги внутрь не допускается. Также запрещено наносить на него жёсткие или коррозийные вещества, а также химикаты, которые могут нанести вред призме.
После каждого применения прибор необходимо очищать — исключительно тканью, идущей с ним в комплекте.
Рекомендуемая температура воздуха при калибровке — 20°C. Это не относится к моделям, оснащённым АТС: системой автоматической температурной компенсации.
Рефрактор — достаточно хрупкий предмет, требующий бережного хранения и эксплуатации. Срок его службы напрямую зависит от аккуратности при использовании.
26.01.2023
Оборудование BINDER на складе в Москве
Предложение ограничено!
23.01.2023
МИЛЛАБ – лучший партнер компании INNOVA в России
В 2022 году компания "МИЛЛАБ" заключила договор с производителем высокотехнологичных систем очистки воды.
23.01.2023
VACUUBRAND скорое поступление на склад
Имеется в наличии на складе в Москве и ожидается скорое поступление вакуумного оборудования.
21.12.2022
Отчет о выставке Pharmtech&Ingredients
МИЛЛАБ познакомил с новыми партнерами лабораторного оборудования и расходных материалов, а также были представлены традиционные партнеры.
18.
11.2022
Лабораторные и пилотные хроматографы для очистки биомолекул
Представляем новую линейку препаративных хроматографов.
19.10.2022
Приборы для измерения вакуума — где используются, виды и назначение оборудования
Измерение давления в разреженной среде необходимо во многих сферах — промышленность, исследования и разработки, навигация.
18.10.2022
Микробиологические среды — где используются, виды и назначение
Для проведения различных исследований, отбора проб и культивирования микроорганизмов в микробиологии используются специальные питательные субстраты.
04.10.2022
Определение белка по методу Кьельдаля — что это такое, этапы, особенности
Йохан Кьельдаль — известный датский химик и пивовар XIX века. Его метод определения белка, предложенный в 1883 году..
.
04.08.2022
Новый вертикальный автоклав T-Lab Eco
Новинка от компании Tuttnauer.
28.06.2022
Особенности барьерных стиральных машин
На пищевых, фармацевтических, косметических производствах, в социальных и медицинских учреждениях — везде, где требуется соблюдение условий стерильности в чистой зоне, особое внимание уделяется чистоте униформы персонала...
21.06.2022
Принцип работы диффузионных насосов
Диффузионные насосы применяются для создания высокого вакуума
24.05.2022
Агары для микробиологии и пищевой промышленности
Агар представляет собой порошок или пластинки из смеси агаропектина и полисахаридов агарозы.
24.05.2022
Продолжаются поставки VELP!
23.
05.2022
Классификация химических реактивов по степени чистоты по различным стандартам
Классификация химических реактивов не имеет общих или эталонных показателей чистоты.
19.05.2022
Новые модели климатических камер BINDER
16.05.2022
Отчет о выставке «Аналитика Экспо» 2022
09.05.2022
Решения для элементного анализа от компании FPI (КНР)
06.05.2022
Решение SupNIR для экспресс-анализа зерна, масленичных и комбикормов.
05.05.2022
«МИЛЛАБ» стал официальным представителем компании Focus Photonics Group (FPI, КНР)
29.04.2022
Термическая обработка в соляных ваннах
Без соляных ванн практически не обходится термическая обработка, а также другие термические операции.
устройство, принцип работы, области применения
В различных отраслях промышленности при проведении каких-либо исследований, определении физико-химических параметров веществ или контроле качества готовой продукции необходимо знание показателя преломления света. Для этих целей существует специальный оптический прибор – рефрактометр.
Название этого прибора произошло от термина «рефракция» (лат. «refractus» – преломленный), веденного в научную сферу Ньютоном в начале 18 века.
Рефрактометр анализирует степень отклонения луча света от прямолинейного направления при переходе из одного вещества в другое. Соотношение угла вхождения луча и угла его преломления на границе раздела двух сред называется коэффициентом преломления.
Этот показатель возрастает пропорционально увеличению плотности субстанции. Относительный «вес» образца рефрактометр определяет в сравнении с дистиллированной водой (с ее помощью прибор предварительно откалибровывают).
Конструкция ручного рефрактометра
Основным оптическим компонентом рефрактометра, на который наносится исследуемое вещество, является главная призма. Она изготавливается из материала с высоким показателем преломления, поэтому луч света, проходящий через нее, отклоняется под большим углом. Через систему линз он проникает на шкалу, которая представляет собой градуированную окружность.
При разных углах преломления луч оказывается на шкале выше или ниже, оставляя одну из ее частей светлой, а другую темной. Коэффициент преломления определяется по положению границы раздела. Этот показатель напрямую зависит от состава анализируемого раствора и его плотности.
Некоторые модели рефрактометров учитывают также влияние температуры: внутри их корпуса расположена биметаллическая пластина, соединенная с другими компонентами. В разных термических условиях она сжимается или растягивается, плавно передвигая оптическую систему.
Таким образом влияние температуры на коэффициент преломления компенсируется.
Функция АТС (Automatic Temperature Compensation System) в рефрактометрах крайне желательна, так как в противном случае полученные значения придется пересчитывать в зависимости от температуры окружающей среды с помощью специальных таблиц.
Типы рефрактометров
Современные приборы для рефракции подразделяются на:
- Промышленные
- Лабораторные
- Портативные (ручные, цифровые)
Промышленные и лабораторные рефрактометры имеют достаточно большие размеры, поэтому устанавливаются, как правило, стационарно. С их помощью проводят исследования различных веществ и контролируют технологические процессы на производствах. Такие приборы характеризуются высокой точностью и сложностью.
Портативные рефрактометры используются для оперативных измерений в лабораторных, производственных или полевых условиях.
Цифровые приборы оснащены жидкокристаллическими экранами, на которые выводятся результаты измерений. Как правило, они обладаю множеством дополнительных функций, в числе которых возможность измерять коэффициент преломления вместе с плотностью вещества, применение различных единиц измерения, учит температуры и пр.
Ручные рефрактометры – наиболее компактные и простые в эксплуатации устройства. Они не содержат электронных схем и элементов питания, могут использоваться как на производстве, так и в домашних условиях. Благодаря точности, удобству и приемлемой цене ручные приборы приобрели широкую популярность.
Калибровка и подготовка рефрактометра к использованию
Перед использованием рефрактометра его необходимо откалибровать. Некоторые модели требуют для этого специальную жидкость, однако основная масса может быть откалибрована с помощью дистиллированной воды.
Рассмотрим последний способ подробнее.
Если посмотреть в окуляр любого рефрактометра без калибровочной жидкости, его шкала будет окрашена только в синий цвет (рис. 1).
Для калибровки прибора на главную призму наносятся 2-3 капли дистиллированной воды (удобно делать это пипеткой). После закрытия защитного стекла вода должна равномерно распределиться по всей поверхности призмы – без пузырьков воздуха и сухих мест.
Через 30 секунд, достаточных для того, чтобы образец адаптировался к температуре окружающей среды, рефрактометр направляется в сторону естественного дневного освещения (флюоресцентное не допускается). В окуляре при этом отображается шкала с участками синего и белого цветов (рис. 2).
Основная задача калибровки состоит в том, чтобы достичь совпадения границ этих двух участков в отметке 0.0 (рис. 3) с помощью регуляции калибровочного винта.
После окончания настройки призма аккуратно протирается мягкой тканью.
Сферы применения рефрактометра
Рефрактометры широко применяются в различных отраслях промышленности для определения концентрации веществ в каких-либо средах.
Например, в химической сфере эти приборы используются для измерения содержания в растворах кислот, солей металлов, спиртов, гликолей, аминов, фунгицидов и пр. Ими же контролируют степень полимеризации синтетических смол и пластмасс.
На предприятиях, производящих текстиль, рефрактометры применяются для определения концентрации прядильных растворов, растворов капролактама, поликарбонатов.
В пищевой промышленности ими измеряют сахаристость и качество безалкогольных напитков, крепость и плотность алкогольной продукции, с их помощью анализируют состав соусов, сиропов, джемов, детского питания, молочных продуктов.
В газовой и нефтяной промышленности рефрактометры используются для определения концентрации водной смеси моноэтиленгликоля в природном газе, анализа состав масел, смазок и охлаждающих жидкостей.
На предприятиях, производящих канцелярские изделия, рефрактометрами измеряется концентрация крахмалов и других сухих веществ в клеящих составах.
В фармацевтике эти приборы применяются при изготовлении витамина С – для определения концентрации аскорбиновой и цетогулоновой кислот. Им же контролируется чистота синтезированных веществ, а также качество лекарственных препаратов.
Газовые интерференционные рефрактометры используются для анализа состава воздуха с целью обнаружения возможных утечек горючих газов.
Ручной рефрактометр является универсальным вспомогательным средством для простого и быстрого определения концентрации водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей.
Кроме того, этот прибор позволяет выявить степень загрязненности эмульсий посторонними маслами, смазками и другими субстанциями. Таким образом предупреждаются возможные нарушения рабочего процесса.
На загрязненность СОЖ указывает размытая световая полоса на шкале рефрактометра.
С точки зрения технологических параметров наиболее удобным для большинства металлообрабатывающих предприятий являются рефрактометры для СОЖ со шкалой 0-20 % Brix. Они имеют компактный размер и могут легко использоваться даже в малых пространствах.
Для качественного анализа СОЖ этим прибором достаточно 2-3 капель эмульсии. Простая калибровка призмы и окуляра обеспечивают точность и воспроизводимость измерений.
Благодаря автоматической компенсации температуры в диапазоне 10…30 °C корректировать полученные значения не потребуется.
Скрытый калибровочный винт препятствует непреднамеренной регулировке рефрактометра во время его использования. Двойное соединение на пластине дневного света гарантирует точность ее установки.
Правила пользования рефрактометром
Качество измерений зависит от правильной и аккуратной калибровки прибора.
Разница температур окружающей среды и образца негативно влияют на точность показаний, поэтому перед их снятием необходимо подождать около 30 секунд, как это описано выше.
Температура воздуха при калибровке в идеале должна составлять около +20° C. Однако, если устройство оснащено системой ATC, любая температура будет компенсирована.
Рефрактометр нельзя опускать в воду, так как попадание большого количества жидкости внутрь прибора может привести к затуманиванию шкалы.
Не следует измерять жесткие, абразивные и коррозионно-активные вещества (химикаты и т.п.), так как они могут повредить покрытие призмы.
Очищать инструмент необходимо мягкой тканью после каждого использования. Загрязнения на призме могут привести к ошибкам при измерениях.
Как и любой другой оптический прибор, рефрактометр требует осторожного обращения и хранения – только в таком случае он будет исправно работать много лет.
Как работает рефрактометр и как его считывать
ТЕМЫ: Лабораторное оборудование, рефрактометры
Новый цифровой рефрактометр Cole-Parmer®Автор: Команда научного блога Antilia 20 сентября 2013 г.
У вас есть рефрактометр?
Рефрактометр представляет собой простой прибор, используемый для измерения концентрации водных растворов. Для него требуется всего несколько капель жидкости, и он используется в качестве лабораторного оборудования в пищевой, сельскохозяйственной, химической и обрабатывающей промышленности.
Преломление
Когда свет входит в жидкость, он меняет направление; это называется преломлением. Рефрактометры измеряют степень изменения направления света, называемую углом преломления. Рефрактометр измеряет углы преломления и сопоставляет их с установленными значениями показателя преломления (nD). Используя эти значения, можно определить концентрации растворов. Например, растворы имеют разные показатели преломления в зависимости от их концентрации.
Призма в рефрактометре имеет больший показатель преломления, чем раствор. Измерения считываются в точке, где встречаются призма и раствор. В растворе с низкой концентрацией показатель преломления призмы намного больше, чем у образца, что создает большой угол преломления и низкое показание. Обратное произойдет с раствором высокой концентрации.
Узнайте больше о новых цифровых рефрактометрах Cole-Parmer.
Шкала % Брикса
Шкала % Брикса показывает процент концентрации растворимых твердых веществ в образце (водном растворе). Содержание растворимых твердых веществ — это сумма всех твердых веществ, растворенных в воде, начиная с сахара, солей, белка, кислот и т. д.; значение показания измерения является значением суммы этих значений. Шкала Брикса откалибрована на количество граммов тростникового сахара, содержащихся в 100 г воды. При измерении раствора сахара показание % Brix должно точно соответствовать фактической концентрации.
| Образец жидкости | % Брикса |
| Смазочно-охлаждающие жидкости | от 0 до 8 |
| Апельсины | от 4 до 13 |
| Газированные напитки | от 5 до 15 |
| Яблоки | от 11 до 18 |
| Виноград и вина | от 14 до 19 |
| Соки концентрированные | от 42 до 68 |
| Молоко сгущенное | от 52 до 68 |
| Джемы и желе | от 60 до 70 |
Общие показатели преломления
Показания показателя преломления зависят от температуры.
| Образец жидкости | Температура | Показатель преломления |
| Метанол | 25°С | 1,326 |
| Ацетон | 25°С | 1,357 |
| Этанол | 25°С | 1,359 |
| Уксусная кислота | 25°С | 1.370 |
| Бензол | 25°С | 1,498 |
| Парафиновое масло | 20°С | 1. |
| Пальмовое масло | 20°С | 1,456 |
| Оливковое масло | 20°С | 1,471 |
| Метилсалицилат | 25°С | 1,522 |
| Метилиодид | 25°С | 1.740 |
412 Хотите узнать больше о рефрактометрах? Прочтите всю статью о рефрактометрах.
Нравится:
Нравится Загрузка...
Как работает рефрактометр?
••• Tanuki Photography/iStock/Getty Images
Обновлено 24 апреля 2017 г.
Автор: Taylor Echolls
Когда свет проходит через жидкость под углом, он изгибается или преломляется, замедляясь и меняя направление, как он путешествует через новую среду. Это явление можно использовать для измерения концентрации жидкого раствора, поскольку свет сильнее преломляется при прохождении через взвешенные твердые вещества, такие как соли или сахара. С помощью инструмента, называемого рефрактометром, можно измерить показатель преломления жидкости и присвоить ему значение по шкале Брикса.
Шкала Брикса
Поскольку свет преломляется при прохождении через жидкость, его преломление можно измерить по шкале Брикса. Полученному показанию рефрактометра присваивается значение по шкале Брикса, что позволяет легко сравнивать различные концентрации в растворе. Чистая вода без взвешенных веществ имеет нулевое значение Брикса, в то время как вода с сахаром, минералами или другими твердыми веществами в растворе преломляет свет, что дает более высокое значение Брикса.
Типы рефрактометров
Рефрактометры просты в использовании и продаются как аналоговые или цифровые портативные устройства для использования в полевых условиях учеными, фермерами и даже студентами. Как аналоговые, так и цифровые рефрактометры работают по принципу, согласно которому свет движется медленнее в более концентрированных растворах. Когда свет замедляется, он также меняет направление и меняет показания рефрактометра.
Аналоговые рефрактометры
Для работы аналогового рефрактометра не требуется внешний источник питания. Чтобы получить значение Брикса для раствора, несколько капель помещают на вершину призмы, которую затем закрывают крышкой. Затем рефрактометр подносят к глазу наблюдателя и держат перпендикулярно источнику света. Свет преломляется через жидкость, и показание Брикса берется там, где светлые и темные области встречаются на шкале, как показано в руководстве Калифорнийского университета по совместному расширению по использованию рефрактометра.
Цифровые рефрактометры
Цифровые рефрактометры создают собственный луч света от светодиода вместо использования дневного света или другого внешнего источника света. Как только жидкость помещается внутрь сосуда, свет проходит через образец, и компьютер присваивает результирующему преломлению числовое значение на основе шкалы Брикса. Окончательное значение затем отображается на цифровом экране.
Статьи по теме
Ссылки
- Высшая школа океанографии Университета Род-Айленда: наука об устьях
- Калифорнийский университет Cooperative Extension Fresno County: Калибровка, использование и техническое обслуживание рефрактометров
- Penn State Extension: Инструменты управления молозивом — ареометры и рефрактометры
Об авторе
Тейлор Эчоллс — отмеченный наградами писатель, специализирующийся на вопросах здоровья, экологическая и ЛГБТ-журналистика. Он писал для газеты «Valley Citizen», где его работа получила первое и второе место в области спорта и активного отдыха от пресс-клуба Айдахо.
