Принцип работы рефрактометра аббе кратко

Обновлено: 03.07.2024

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.

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

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:

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.

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.

Принцип действия. Оптическая схема рефрактометра Аббе

Рефрактометр Аббе - визуальный оптический прибор для измерения показателя преломления жидких и твёрдых сред. Его действие основано на измерении угла полного внутреннего отражения в случае непрозрачной исследуемой среды или предельного угла преломления на плоской границе раздела прозрачных сред (исследуемой и известной) при распространении света из среды с меньшим показателем преломления в среду с большим показателем - (см. Рефрактометр ).

В обоих методах используется закон преломления света ( - угол падения, - угол преломления). Аббе рефрактометр состоит из двух стеклянных прямоугольных призм - измерительной призмы 3 (рис.) с высоким показателем преломления =1.7 (для жёлтой линии натрия =589 нм), с полированной гипотенузной гранью и вспомогательной откидной призмы 2 с матированной гипотенузной гранью, зрительной трубы, отсчётной шкалы, специального компенсатора 6. В поле зрения трубы наблюдается резкая линия раздела светлого и тёмного полей, соответствующая предельному углу.

Оптическая схема рефрактометра ИРФ-22: 1 -осветительное зеркало; 2 - вспомогательная откидная призма; 3 - основная измерительная призма; 4 - матированная грань откидной призмы; 5 - исследуемая жидкость; 6 - призмы Амичи компенсатора; 7 - объектив зрительной трубы; 8 - поворотная призма; 9 - окуляр зрительной трубы.

Исследуемые жидкости помещаются в зазор (ок. 0,1 мм) между гипотенузными гранями призм. Твёрдые прозрачные образцы должны иметь одну плоскую полированную грань, а одна из боковых граней должна быть перпендикулярной к полированной. Полированной гранью образцы прижимаются к гипотенузной грани измерительной призмы (при откинутой вспомогательной призме), а в зазор между ними вводится капля иммерсионной жидкости с показателем преломления таким, чтобы -4 .

Литература по рефрактометрам Аббе

Иоффе Б. В., Рефрактометрические методы химии, 3 изд., Л., 1983.

Знаете ли Вы, что такое "Большой Взрыв"?
Согласно рупору релятивистской идеологии Википедии "Большой взрыв (англ. Big Bang) - это космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно - начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения. "
В этой тираде количество нонсенсов (бессмыслиц) больше, чем количество предложений, иначе просто трудно запутать сознание обывателя до такой степени, чтобы он поверил в эту ахинею.
На самом деле взорваться что-либо может только в уже имеющемся пространстве.
Без этого никакого взрыва в принципе быть не может, так как "взрыв" - понятие, применимое только внутри уже имеющегося пространства. А раз так, то есть, если пространство вселенной уже было до БВ, то БВ не может быть началом Вселенной в принципе. Это во-первых.
Во-вторых, Вселенная - это не обычный конечный объект с границами, это сама бесконечность во времени и пространстве. У нее нет начала и конца, а также пространственных границ уже по ее определению: она есть всё (потому и называется Вселенной).
В третьих, фраза "представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва" тоже есть сплошной нонсенс.
Что могло быть "вблизи Большого взрыва", если самой Вселенной там еще не было? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Рефрактометр – это оптический прибор с источником питания или без него, который измеряет концентрацию растворенных в жидкой среде частиц при помощи светового луча. В пчеловодстве он используется для определения массовой доли влаги в меде.

Согласно требованиям ГОСТа, данный показатель должен держаться в диапазоне 18,5-21%, который также считается диапазоном качества меда. Эти числа определены не случайно, а в связи с такими особенностями продукции пчеловодства:

При влажности менее 18% мед становится излишне вязким.
При влажности более 21% активизируются присутствующие в меде дрожжевые микроорганизмы, которые перерабатывают сахар и влияют на сахаристость продукта. Более того, они запускают процессы брожения, поэтому продукт становится непригодным для употребления.

Чтобы массовая доля воды меда не превышала 21%, при его откачивании из гнезд пчелиных семей нужно обтирать соты, которые на 2/3 своей высоты запечатаны восковыми крышечками. Дополнительно контролировать содержание воды нужно с помощью рефрактора.

Разным сортам меда при органолептической оценке присуща разная вязкость, поэтому визуально оценить их водность не всегда представляется возможным.

Устройство прибора

Принцип работы

В основе функционирования рефрактометра лежит метод рефрактометрии, который предполагает анализ исследуемого вещества по показателю преломления солнечного луча, попадающего на данное вещество. Реализуется данный принцип следующим образом:

На поверхность призмы наносится мед и накрывается сверху защитным стеклом для создания равномерного слоя строго определенной толщины.
Попадая на мед, луч падающего света переходит из одной среды в другую, а на их границе отклоняется от прямолинейного направления на некоторый угол, то есть преломляется. Чем плотнее среда, тем сильнее замедляется скорость луча.

Величина угла преломления света зависит от состава раствора и его плотности (концентрации).

Разновидности прибора

лабораторный – настольный прибор большого размера и веса;
промышленный (поточный) – автоматический рефрактометр, который встраивается в технологические установки и работает в реальном масштабе времени;
портативный – оптический прибор, которым пользуется большинство пчеловодов и продавцов меда, поскольку он имеет компактный размер и с максимальной точностью проводит все измерения.

Если анализы раствора планируется проводить в больших объемах и количествах на производственных предприятиях, нужно выбирать промышленные рефрактометры. Для частников же и представителей малого бизнеса лучший выбор – портативные приборы.

Портативные модели также могут быть двух типов:

цифровыми – имеют жидкокристаллический экран, на котором изображаются показатели измерений, обычно работают от батареек и одновременно могут определять различные характеристики меда;
ручными – лишены электронных схем и элементов питания, поэтому для их работы необходим естественный или искусственный свет.

Ручные рефрактометры привлекательны с точки зрения приемлемой цены, компактных размеров и высокой скорости анализа, однако более практичными являются цифровые модели, которые можно использовать даже ночью.

Особенности рефрактометра с функцией АТС

Чтобы рефрактометр точно показывал уровень влаги в меде, измерения нужно проводить при температуре окружающей среды +20°C. Конечно, в большинстве случаев пасечнику сложно соблюсти данное условие. Это учили производители рефрактометров, которые оснастили выпускаемые модели функцией автоматической температурной компенсации (АТС). Она устраняет влияние колебаний температуры окружающей среды на точность измерений. Происходит это благодаря биметаллической пластине, которая при перепадах температуры растягивается или сжимается, поддерживая корректную работу оптической системы прибора.

Величина сдвигов пластины рассчитана таким образом, чтобы полностью компенсировать влияние температуры на коэффициент преломления.

Как выбрать рефрактометр для меда?

Портативные рефрактометры предназначены для исследований разных продуктов, но по внешнему виду они практически ничем не отличаются. Чтобы выяснить, подходит ли конкретный прибор для меда, следует исходить из двух параметров:

Рефрактометры – это приборы, позволяющие контролировать параметры различных веществ с помощью измерения величины преломления света. С точки зрения точности измерений, простоты и удобства эксплуатации оптимальными вариантами являются портативные ручные рефрактометры.

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.

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.

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.

Читайте также: