Рефрактометр. Класифікація, принцип дії і застосування
Рефрактометрія ― це метод дослідження речовин, заснований на визначенні показника (коефіцієнта) заломлення (рефракції) і деяких його функцій. Рефрактометрія (рефрактометричний метод) застосовується для ідентифікації хімічних сполук, кількісного і структурного аналізу, визначення фізико-хімічних параметрів речовин.
Класифікація рефрактометрів:
Промислові та лабораторні рефрактометри призначені для дослідження речовин в наукових лабораторіях і контролю технологічних процесів на виробництві. Вони мають високу точність вимірювань але і порівняно великі розміри.
Портативні рефрактометри призначені для оперативного контролю речовин в лабораторії, на виробництві або в польових умовах. У свою чергу, портативні рефрактометри можна класифікувати на цифрові і ручні.
Портативні цифрові рефрактометри зазвичай мають рідкокристалічний дисплей, на якому відображається отримані результати вимірювань. Найчастіше вони також володіють додатковими опціями, такими як одночасне вимірювання густини і коефіцієнта заломлення розчину, перетворення результатів у різні одиниці вимірювання, підтримання температури зразка та інше.
Ручні (не цифрові) рефрактометри мають зазвичай більш компактні розміри і не мають ніяких електронних схем і елементів живлення (за виключення деяких моделей з підсвічуванням), що дозволяє їх з легкістю використовувати для вимірювань не тільки на виробництві, але і в домашніх умовах. Сьогодні такі рефрактометри дуже популярні, завдяки своїй точності, зручності експлуатації, портативності і невисокою доступної ціни.
На чому ж заснований принцип роботи рефрактометра?
Принцип дії рефрактометра ґрунтується на використанні явища рефракції (заломлення) світлового потоку. При переході променя світла з однієї речовини в іншу він відхиляється від прямолінійного напрямку на деякий кут. Співвідношення кута входження світлового променя в речовину і кута заломлення його на границі розділу двох середовищ називається коефіцієнтом (показником) заломлення.
Будова типового рефрактометра схематично зображено на малюнку нижче. Основним оптичним елементом рефрактометра є призма, на яку наноситься досліджувана речовина. Призма складається з матеріалу з високим показником заломлення.
Завдяки цьому, падаюче світло, проходячи через речовину і призму, переломлюється під досить великим кутом. Далі, через систему оптичних лінз, світло потрапляє на шкалу рефрактометра (проградуированную окружність). В залежності від кута заломлення промінь світла виявляється вище або нижче на шкалі приладу. Освітлена частина шкали при цьому буде світлою; та частина, на яку промінь світла не потрапляє, виявиться темною. Величина кута заломлення світла залежить від складу розчину і його концентрації. Таким чином, по положенню границі розділу між світлом і тінню можна однозначно визначити коефіцієнт заломлення чи оптичну щільність досліджуваного розчину.
Потрібно, однак, мати на увазі, що показник заломлення речовини також залежить від температури. Деякі моделі ручних рефрактометрів враховують вплив температури з допомогою функції ATC (Automatic Temperature Compensation System – система автоматичної компенсації температури). Всередині корпуса знаходиться біметалева пластина. Вона стискається або розтягується в залежності від перепадів температури. Біметалева пластина з’єднана з оптичною системою рефрактометра, плавно рухаючи її при змінах температури. Величина зрушень розрахована так, що вплив температури на коефіцієнт заломлення речовини повністю компенсується. При купівлі рефрактометра обов’язково звертайте увагу на наявність в ньому функції АТС. У разі її відсутності, необхідно користуватися спеціальними таблицями для перерахунку отриманих значень в залежності від температури навколишнього середовища.
Проведення вимірювань
Перед проведенням вимірювань ручний рефрактометр необхідно відкалібрувати. Для калібрування більшості рефрактометрів використовується дистильована вода. На головну призму за допомогою піпетки наноситься декілька крапель води, потім закривається захисне скло. При цьому потрібно стежити, щоб вода під захисним склом рівномірно покрила поверхню призми, не залишаючи бульбашок повітря. Далі з допомогою калібрувального гвинта (або у випадку з більш простими моделями калібрувальної отвертуи) на шкалі приладу виставляється значення 0,0. Після калібрування призму потрібно акуратно протерти м’якою ганчіркою (бажано використовувати ганчірочку для лінз окулярів, її матеріал не зашкодить лінзу рефрактометра). Тепер рефрактометр готовий до вимірам. Якщо шкала рефрактометра починається не з нуля (0 це дистильована вода), то рефрактометр калібрується по спеціальному маслу.
Для проведення вимірювань здійснюються ті ж дії, що і при калібруванні, але замість дистильованої води на призму приладу наноситься досліджуваний розчин. Калібрувальний гвинт при цьому залишається в своєму первісному положенні. Після нанесення розчину необхідно почекати 30 секунд для того, щоб температура розчину зрівнялася з температурою приладу. Потім рефрактометр направляють на джерело світла (денне світло або лампа розжарювання) і знімають показання.
Після проведення вимірювань призму знову потрібно протерти м’якою ганчіркою. Ручний рефрактометр не можна опускати в воду; це може призвести до потрапляння води всередину приладу і затуманення шкали. Не вимірюйте рефрактометром жорсткі або корозійні речовини, так як вони можуть пошкодити покриття призми. Також не вимірюйте і дуже гарячі розчини, так як головна лінза може відклеїться. Для більшості рефрактометрів температурний межа 50С.
Застосування рефрактометрів
Рефрактометры широко используются в различных областях человеческой деятельности. Ниже перечислены некоторые из наиболее распространённых сфер применения рефрактометров:
В пищевой промышленности:
2. определение массовой доли растворимых сухих веществ в продуктах переработки плодов и овощей;
1. визначення білка в сироватці крові;
2. визначення щільності сечі, субретинальної рідини ока;
У фармацевтичній промисловості:
1. дослідження концентрації розчинів різних лікарських препаратів.
1. визначення сорту моторного палива;
2. температури замерзання охолоджуючих рідин;
3. вимірювання концентрації компонентів палива і масел.
Для визначення концентрації солей:
Вода – над-значуще речовина для нашої планети. Без неї на Землі неможливе життя, без неї не проходить ні один геологічний процес.
Як працює рефрактометр?
Рефрактометр – це прилад, за допомогою якого вимірюються показники заломлення світла в середовищі. Метод рефрактометрії має широке застосування в дослідженнях фізико-хімічних параметрів речовин, структурному і кількісному аналізі, а також в інших наукових галузях.
Рефрактометр: пристрій, призначення, сфери застосування
Конструкція ручного рефрактометра
Дія рефрактометрів грунтована на заломленні світла. У візуальному плані рефракція виглядає як явно помітне візуальне спотворення предметів. Рефракцію можна спостерігати на межах таких матеріалів : повітря і скло, повітря і рідина, скло і рідина.
За допомогою розрахунків і експериментів можна вичислити, яку саме кінцеву точку досягнуть промені світла залежно від того, який матеріал середовища і скільки переходів між середовищами.
Ручні рефрактометри складаються з таких конструкційних елементів:
- призма – підставка, на яку поміщаються декілька крапель рідини і від якої стартуватиме хід променів;
- захисне скло – матеріал, що покривають призму;
- лінзи – дві заломлюючі світло поверхні;
- калібрувальний гвинт – елемент для калібрування приладу;
- біметалічна пластина – деталь, яка стискається або розтягується при температурних перепадах;
- циліндр – прогумована чорна основа, за допомогою якої прилад утримується в одній руці;
- шкала – градуювання, за допомогою якого беруться свідчення;
- монокулярне збільшувальне скло – елемент, на якому закінчується хід променів.
Цей вимірювальний прилад служить своєрідною переносною лабораторією, за допомогою якої можна швидко і просто проводити аналіз речовин.
Типи рефрактометрів
У різноманітті сучасних приладів виділяють три основні типи рефрактометрів :
- промислові – стаціонарне устаткування для контролю технологічних процесів на виробництві;
- лабораторні – прилади, необхідні для лабораторних досліджень;
- портативні – моделі, які використовуються для оперативного контролю речовин в польових умовах, а також в лабораторіях і на виробництві.
Якщо говорити конкретно про портативні прилади, вони у свою чергу розділяються на ручні і цифрові. Другою з варіантів оснащений рідкокристалічним екраном, на якому відображають результати досліджень. Стосовно ручних приладів, вони найбільш компактні, не містять елементів живлення і електричних схем.
Калібрування і підготовка рефрактометра до використання
Перш ніж перейти до застосування рефрактометра, прилад обов’язково треба відкалібрувати. Ряд приладів калібрується за допомогою спеціальної рідини (наприклад, олії), інше устаткування – за допомогою дистильованої води.
Калібрування дистилятом виконується у декілька етапів:
- Пластинку для освітлення денним світлом необхідно відкрити, крапнути на призму пару крапель, після чого закрити пластинку (вода повинна поширитися по поверхні рівно, без бульбашок і незаповнених місць).
- Почекати приблизно півхвилини, щоб рідина змогла адаптуватися до температури довкілля.
- Далі прилад треба направити у бік природного денного світла ипосмотреть в окуляр (ви повинні побачити кругле поле з центром внизу).
- Калібрувальний гвинт необхідно таким чином підкручування викруткою, щоб межі нижньою білою і верхньою синій областей зустрілися на відмітці “0”.
- Прилад можна вважати готовим для використання.
При підготовці до використання рефрактометр слід очистити м’якою тканиною, після чого крапнути на призму 2-3 краплі зразка. Далі пластинку для денного світла необхідно закрити. Важливо, щоб використовувалося саме природне, а не штучне світло.
Сфери застосування рефрактометра
Прилади користуються особливою популярністю в різних дослідженнях, оскільки мають ряд переваг :
- надійність – конструкція пристрою відрізняється граничною простотою, що не лише полегшує використання, але і зводить до мінімуму вірогідність поломки;
- швидкість роботи – провести різноманітні дослідження можна за лічені секунди, і ви відразу отримаєте результат;
- відсутність необхідності джерел живлення – для аналізів вам не потрібний доступ до електрики, тому працювати з рефрактометром можна в польових умовах;
- тривалий термін служби – пристрої від перевірених виробників зарекомендували себе з найпозитивнішого боку і працюватимуть не один рік.
Відмітно, що прилад дозволяє виміряти показники не лише в рідких, але і в досить густих речовинах.
Рефрактометри використовуються в найрізноманітніших сферах діяльності, починаючи від наукових досліджень і закінчуючи ремонтом автомобілів. В цілому сфери застосування приладів можна розділити на чотири основні категорії:
- харчова промисловість – прилад дозволяє контролювати якість вина, пива і інших алкогольних напоїв, визначати вологість меду, вимірювати долю сухих речовин, білків, жирів, концентрацію цукру в напоях, консервах і інших продуктах харчування;
- медицина – за допомогою рефрактометра проводяться лабораторні аналізи, зокрема, дослідження на визначення білку в сироватці крові, концентрації ліків, щільності субретинальной рідини ока і щільності сечі;
- фармацевтика – дослідження різноманітних ліків на предмет концентрації розчинів;
- обслуговування тракторів, судів і автомобілів – визначення сорту охолоджувальної рідини і моторного палива.
До того ж рефрактометри можуть знайти величезну кількість сфер застосування і в побуті. Наприклад, за допомогою приладу можна визначити точну солодкість продуктів.
Правила користування рефрактометром
Як уточнювалося вище, перед використанням устаткування обов’язково має бути відкаліброване. Якщо ви зацікавлені в тривалій і безперебійній роботі пристрою, зверніть увагу на декілька правил експлуатації :
- обережне поводження з водою – вода не повинна потрапляти всередину рефрактометра, також прилад заборонено занурювати у воду;
- заборона на використання агресивних хімікатів – жорсткі і корозійні речовини можуть спровокувати ушкодження призми;
- постійне очищення – перед кожним виміром прилад необхідно протирати;
- дбайливе зберігання і обережне поводження;
- дотримання температури калібрування – при калібруванні температура повинна складати 20 градусів, проте у багатьох сучасних моделях вже є автоматична температурна компенсація.
Ознайомитися з величезним асортиментом рефрактометрів і інших приладів для всіляких досліджень ви можете на сайті компанії “Аналит-прилад”. Є декілька аргументів на користь співпраці саме з нами: