Рефрактометр, виды, принцип работы и применение

Ручные рефрактометры представляют собой компактные и простые в использовании инструменты, которые не включают в себя никаких электронных схем и источников питания. Эти приборы могут быть эффективно использованы как в производственной среде, так и в домашних условиях. Благодаря высокой точности, удобству в эксплуатации и доступной цене, ручные рефрактометры завоевали широкую популярность среди пользователей разных категорий.

Рефрактометр: устройство, назначение, сферы применения

Рефрактометры представляют собой оптические приборы, предназначенные для измерения параметров различных веществ через анализ преломления света. Из всех доступных вариантов, ручные портативные рефрактометры являются наиболее оптимальными из-за их точности и удобства, что делает их легко доступными для пользователей.

В различных областях промышленности, таких как химическая, пищевая и фармацевтическая, для проведения исследований, определения физических и химических параметров веществ, а также контроля качества продукции, требуется знать показатели преломления света. Для достижения этой цели разработан специальный оптический прибор — рефрактометр.

Само название этого прибора происходит от термина «рефракция» (от латинского слова refractio, переводимого как «преломление»), который вошёл в научный оборот благодаря исследованиям Исаака Ньютона в начале XVIII века.

Рефрактометр осуществляет анализ степени отклонения светового луча от его прямолинейного пути, когда он проходит из одной среды в другую. Система, определяющая соотношение между углом вхождения светового луча и углом преломления на границе двух различных сред, называется коэффициентом преломления.

Этот коэффициент увеличивается пропорционально росту плотности субстанции, и рефрактометр определяет относительный вес образца по сравнению с дистиллированной водой, предварительно используемой для калибровки прибора.

Конструкция ручного рефрактометра

Ключевым оптическим элементом рефрактометра является главная призма, на которую непосредственно наносится исследуемое вещество. Эта призма изготавливается из материала, обладающего высоким показателем преломления, что обеспечивает серьезное отклонение светового луча при его прохождении. Затем световой луч проходит через систему линз и проникает на градуированную шкалу, которая выполнена в виде окружности.

В зависимости от угла преломления световой луч оказывается на шкале выше или ниже, что создает контраст: одна часть шкалы сверкает ярким светом, а другая находится в тени. Коэффициент преломления определяется по положению границы раздела между этими светлыми и темными участками, и его значение напрямую связано как с составом исследуемого раствора, так и с его плотностью.

Некоторые модели рефрактометров имеют встроенные системы, учитывающие температурные колебания. Внутри таких приборов размещается биметаллическая пластина, которая связанна с другими элементами устройства. В результате изменения температуры эта пластина может сжиматься или растягиваться, что позволяет автоматически корректировать оптическую систему устройства. Таким образом, температура больше не является фактором, влияющим на коэффициент преломления, что значительно упрощает работу пользователей.

Функция автоматической температурной компенсации (ATS — Automatic Temperature Compensation System) в рефрактометрах является крайне желательной, поскольку в противном случае, пользователю придется пересчитывать полученные значения в зависимости от температуры окружающей среды с использованием специальных таблиц, что может быть весьма неудобным и трудоемким процессом.

Изобретение рефрактометра

Создание рефрактометра связано с деятельностью нескольких выдающихся ученых, каждый из которых внес свой вклад в его разработку и совершенствование.

• Антонио Негри (1614-1669). Итальянский физик и математик, который считается первым ученым, открывшим закон преломления света, известный как закон Снеллиуса-Декарта.
• Питер Дирихле (1805-1859). Немецкий математик и физик, который значительно способствовал развитию теории электромагнетизма и оптики; в 1824 году он опубликовал статью с формулой для расчета коэффициента преломления через скорость света в разных средах.
• Томас Янг (1773-1829). Английский физик и врач, известный своими фундаментальными исследованиями в оптике и акустике. В своей работе «Курс лекций по натуральной философии» (1811) он предложил использовать коэффициент преломления для идентификации веществ.
• Франсуа Доминик Араго (1786-1853). Французский физик и астроном, который изобрёл рефрактоскоп — предшественник современного рефрактометра, способный измерять показатель преломления жидкостей.
• Альберт Майкельсон (1852-1931). Американский физик, который внес значительный вклад в создание интерферометров, ставших основой для разработки современных рефрактометров.

Таким образом, создание рефрактометра стало результатом совместных усилий ученых со всего мира, работающих в области физики, математики и оптики.

Виды рефрактометров

Существует множество типов рефрактометров, каждый из которых предназначен для выполнения определенных задач и анализа различных типов образцов:

• Абсорбционный рефрактометр. Данный прибор предназначен для измерения как показателя преломления, так и степени абсорбции жидкости или газа. Такие устройства часто используются в научных экспериментах и в производстве для контроля качества товаров.
• Рефрактометр с вращающейся призмой. Этот тип широко применим в пищевой промышленности и сельском хозяйстве для определения содержания влаги, белка и жиров в продуктах питания.
• Рефрактометр для твердых образцов. Такой аппарат предназначен для анализа показателей преломления твердых материалов, включая минералы, пластмассы и кристаллы. Наиболее часто используется в геологии, минералогии, а также в различных производственных процессах.
• Рефрактометр-поляриметр. Это устройство сочетает в себе функции рефрактометра и поляриметра и позволяет одновременно измерять показатель преломления и степень поляризации света, проходящего через анализируемый образец. Такой прибор используется в различных областях, включая оптику, химию и материаловедение.

• Рефрактометр на основе интерферометрии. Этот тип использует интерференцию света для определения показателя преломления образца, находя применение в научных и промышленных исследованиях.
• Рефрактометр инфракрасного излучения. Устройство, работающее на основе инфракрасного излучения, используется для анализа состава и структуры образцов различных материалов, таких как полимеры и пластики.
• Рефрактометр непрерывного действия. Он предназначен для постоянного измерения показателя преломления жидкостей, газов и паров в процессе производства.
• Рефрактометр высокого давления. Данный прибор применяется для исследования образцов при высоком давлении, что позволяет изучать их свойства в различных условиях, включая экстремальные.

Правильный выбор типа рефрактометра зависит от типа анализируемого образца, специфики задач исследования и необходимой точности измерений.

Сферы применения

Рефрактометры находят широкое применение в самых разнообразных областях науки и промышленности. Эти приборы помогают в анализе как химических, так и физических свойств веществ, позволяют определить концентрации отдельных компонентов в растворах и смесях, а также служат для оценки качества производимой продукции. Основные сферы применения рефрактометров включают:

• Пищевая промышленность: Эти приборы используются для измерения уровней влажности, содержания сахара, белка, сухого остатка и жиров в сырье и конечной продукции, таких как соусы, джемы, детские пюре, мёд, молочные продукты и сиропы.
• Производство алкогольной продукции: Рефрактометры применяются для определения концентрации сахара, а также крепости различных напитков, таких как вина, пиво, спирт и ликёры.
• Химическая промышленность: Эти приборы необходимы для выявления в растворах долей кислот, гликолей, солей металлов и щелочей, а также для мониторинга процессов полимеризации пластмасс и искусственных смол.
• Фармацевтика: В этой области рефрактометры используются для оценки качества медикаментов, проверки концентрации растворов и определения содержания активных ингредиентов.
• Научные исследования: В лабораторных условиях рефрактометры помогают изучать свойства различных веществ, растворов и смесей.
• Медицина: Эти прилади востребованы для проведения биохимических анализов крови (например, для определения уровня белка в сыворотке) и клинических анализов мочи (для оценки плотности).
• Нефтегазовая промышленность: В этой области рефрактометры используются для анализа состава и влажности масел и газов (например, метана), а также для оценки качества топлива.
• Машиностроение: Приборы контролируют характеристики смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) для различных видов транспорта, включая автомобили, водные суда и специализированную технику.
• Пчеловодство: Здесь они помогают контролировать уровень влаги в мёде перед его продажей.
• Контроль качества в различных отраслях: Используются для определения концентрации крахмала в клеевых, бумажных и канцелярских продуктах.

Рефрактометры эффективны не только в профессиональной области, но и в бытовых условиях. Их часто применяют в процессе домашнего самогоноварения, для контроля качества автомобильных охлаждающих жидкостей и анализа некоторых пищевых продуктов.

Как правильно использовать рефрактометр

Первым шагом в процессе эксплуатации рефрактометра является калибровка прибора. Для этого на главную призму наносят дистиллированную воду, а затем закрывают защитным стеклом. После этого направляют устройство на естественный источник света, и при помощи регулировочного винта настраивают границу между светлыми и темными участками, чтобы она совпадала с нулевым значением на шкале. Настройка резкости изображения производится за счет поворота окуляра.

После успешной калибровки рефрактометр готов к работе. Пожалуйста, не забудьте протереть стекло прибора мягкой сухой тряпочкой, которая обычно входит в комплект.

Процесс измерения схож с калибровкой и включает несколько шагов: на стекло наносится 2-3 капли исследуемой жидкости, затем оно закрывается защитным стеклом, чтобы жидкость равномерно распределилась по всей поверхности. Далее, пользователь смотрит в окуляр и снимает показания, основываясь на границе между светлой и темной областями.

Также следует помнить о ряде важных правил во время использования рефрактометра:

1. Температура среды и измеряемой жидкости должна быть приближена к 20°С. Любые отклонения могут негативно повлиять на точность измерений. Если невозможно поддерживать среднюю температуру, рекомендуется воспользоваться калькуляторами для корректировки показаний.
2. Рефрактометр лучше калибровать перед каждым новым измерением, чтобы обеспечить наивысшую точность.
3. После нанесения жидкости на стекло желательно подождать около 30 секунд перед тем, как снимать показания.
4. Целесообразно избегать полного погружения рефрактометра в воду, поскольку это может привести к попаданию жидкости внутрь устройства и затемнению шкалы.
5. Стекло следует очищать только мягкой, чистой тканью, чтобы предотвратить повреждение его поверхности.

Итог

Рефрактометр предоставляет возможность проводить необходимые измерения с высокой скоростью и точностью. Для исключения возможных ошибок в полученных результатах можно использовать несколько различных приборов, например, модели АСП-3 в сочетании с рефрактометром. Это сведет к минимуму риск ошибочного измерения.

Не упустите возможность приобрести рефрактометры, ареометры АСП-3 и другие полезные аксессуары для самогоноварения по низким ценам в интернет-магазине Русская Дымка. Мы обеспечиваем доставку по всей России.

Данный материал не является рекламой алкогольной продукции.

Принцип работы рефрактометра

Для проведения анализа исследуемое вещество помещается на призму. Затем через него пропускается световой луч, который переходит на измерительную шкалу, в результате чего одна часть шкалы становится светлой, а другая — темной. По границе, образовавшейся между этими областями, определяется искомый коэффициент. Угол преломления этого света в значительной степени зависит от плотности исследуемого вещества, а на сам коэффициент также влияет температура. Современные рефрактометры могут быть оборудованы специальными биметаллическими пластинами, которые корректируют показания шкалы в зависимости от температуры окружающей среды.

Рефрактометры активно применяются в различных отраслях:

• В пищевой промышленности эти устройства необходимы для контроля качества напитков (включая алкогольные), полуфабрикатов, молочной продукции, меда и многих других продуктов питания. Они используются для определения количественного содержания белков, жиров, а также уровня влажности.
• В фармацевтическом производстве и медицине рефрактометры необходимы для определения уровня белка в крови, контролю содержания лекарственных веществ, а также для определения плотности мочи.
• Приборы используют и на нефтяных предприятиях, как в области добычи, так и при переработке нефти. Их помощь заключается в анализе моторных масел, жидкостей для охлаждения и очистки двигателей от остатков горения.

Кроме того, рефрактометры находят применение в косметической индустрии, позволяя оценивать качество кремов, шампуней, лосьонов, воска и других средств. В авиации эти приборы помогают контролировать концентрацию ингибиторов замерзания в топливе, в строительстве — исследовать свойства песка, гипса и добавок. Они также могут быть полезны в быту, предоставляя возможность домашним умельцам вычислять концентрацию сахара в самодельных напитках.

Виды рефрактометров

Существует четыре основных класса рефрактометров:

1. Ручные;
2. Цифровые;
3. Лабораторные;
4. Промышленные.

Приборы лабораторного и промышленного типов применяются в научно-исследовательских институтах и на производственных предприятиях. Обычно это крупные стационарные установки, характеризующиеся высокой точностью проводимых измерений. Ручные и цифровые рефрактометры, в свою очередь, более компактны и легки в транспортировке, что позволяет им быть распространёнными в автомастерских и на специализированных сервисах. Цифровые модели часто имеют дополнительные функции, позволяющие определять такие характеристики, как не только угол преломления, но и плотность исследуемого состава.