Качество измерений напрямую зависит от того, насколько точно и тщательно был откалиброван прибор. В частности, разница температур между окружающей средой и образцом может существенно повлиять на точность получаемых результатов. Поэтому рекомендуется подождать примерно 30 секунд перед началом измерений, чтобы все параметры стабилизировались, как описано выше.
Рефрактометр: устройство, назначение, сферы применения
Рефрактометры представляют собой специальные приборы, предназначенные для анализа параметров различных веществ, основываясь на измерении их показателя преломления. Ручные модели рефрактометров отличаются высокой точностью, простотой эксплуатации и удобством в использовании.
Знание показателя преломления света играет важнейшую роль во многих отраслях промышленности. Оно необходимо для выполнения исследовательских задач, определения химических и физических характеристик веществ, а также для контроля качества готовой продукции. Для этой цели используется специализированный оптический прибор — рефрактометр.
Слово «рефрактометр» происходит от термина «преломление», который был введен в научный обиход Исааком Ньютоном в начале XVIII века.
Работа рефрактометра основана на анализе степени отклонения светового луча от прямой линии, когда он проходит из одной среды в другую. Показатель преломления определяется как отношение угла падения луча к углу преломления на границе раздела двух различных сред.
Этот показатель увеличивается с ростом плотности исследуемого вещества. Рефрактометр позволяет определить относительный «вес» образца по сравнению с дистиллированной водой, которая используется в качестве стандартной для калибровки прибора.
Конструкция ручного рефрактометра
Основной оптический элемент рефрактометра, в который помещается исследуемое вещество, называется главной призмой. Она изготовлена из материала с высоким коэффициентом преломления, благодаря чему проходитящий через нее световой луч отклоняется под значительным углом. После прохождения через систему линз, луч света попадает на весы, представленные в виде градуированного круга.
В зависимости от различных углов преломления световой луч может располагаться выше или ниже по шкале, что создает контраст между светлой и темной частями. Показатель преломления определяется как положение границы раздела, которое напрямую зависит от состава и плотности исследуемого раствора.
При этом стоит отметить, что некоторые модели рефрактометров обладают температурной чувствительностью: внутри их корпуса присутствует биметаллическая пластина, которая соединена с другими элементами устройства. Под воздействием температуры эта пластина сжимается или расширяется, что в свою очередь изменяет положение оптической системы, компенсируя тем самым влияние температуры на показатель преломления.
Наличие автоматической температурной компенсации (ATC) в рефрактометрах является весьма желательным. В противном случае, чтобы получить адекватные результаты, потребуется пересчитывать значения по специальным таблицам, принимая во внимание температуру окружающей среды.
Типы рефрактометров
На сегодняшний день рефрактометры делятся на несколько категорий:
- Промышленные рефрактометры.
- Лабораторные рефрактометры.
- Портативные (ручные и цифровые) рефрактометры.
Промышленные и лабораторные рефрактометры, как правило, имеют крупные размеры и изготавливаются для стационарной установки в определенных помещениях. Эти устройства используются для тестирования различных веществ и контроля за процессами, происходящими в промышленном производстве. Они обладают высокой точностью и, как правило, требуют более сложного обслуживания.
Портативные рефрактометры служат для быстрого измерения в условиях лабораторий, на производствах или в полевых условиях. Они компактны и удобны в использовании.
Цифровые модели рефрактометров оснащены жидкокристаллическими дисплеями, на которых визуализируются результаты измерений. Напротив, они часто имеют множество дополнительных функций, включая возможность одновременного измерения показателя преломления и плотности материала, переключения между различными единицами измерения, а также отображения температуры и других показателей.
Ручные (портативные) рефрактометры являются наиболее компактными и простыми в использовании. Они не требуют наличия электронных схем или батарей и могут быть использованы как в профессиональной, так и в бытовой сфере. Благодаря точности, удобству и относительно низкой стоимости, такие приборы пользуются большой популярностью.
Сферы применения
- Определение крепости или содержания сахара в алкогольных напитках и промежуточных продуктах их производства, таких как самогон, водка, брага и вино;
- Изучение состава и свойств растворов в химической промышленности, оставаясь в курсе содержания солей, гликолей, щелочей, кислот и других компонентов;
- Контроль качества масел и топлива, таких как дизельное и бензиновое, в нефтеперерабатывающей промышленности и машиностроении;
- Проверка соответствия стандартам на кондитерских и пищевых производственных мощностях, особенно для сладких и алкогольных напитков, соусов, сиропов, меда, кисломолочных и молочных изделий, глазурей, детского пюре и джемов;
- Оценка концентрации крахмала в канцелярских клеях;
- Контроль чистоты активных веществ и качества медикаментозных препаратов, а также изучение доли кислот в некоторых фармацевтических средствах;
- Анализ биологических жидкостей в медицинской диагностике, например, определение плотности мочи или уровня белка в крови;
- Выявление концентраций различных растворов и добавок в процессе производства текстильных изделий.
Измерения плотности выполняются с помощью рефрактометров в различных областях: в промышленности, в домашних условиях, в лабораториях, а также в отделах контроля качества на производственных предприятиях и научно-исследовательских институтах.
Виды рефрактометров
Рефрактометры делятся на несколько видов:
- Промышленные рефрактометры. Эти крупногабаритные устройства, как правило, устанавливаются на промышленных предприятиях и часто включаются в производственные линии для постоянного мониторинга параметров продукции. Они известны своей высокой точностью и могут быть подключены к компьютерным системам для отслеживания изменений свойств веществ в зависимости от различных условий.
- Лабораторные рефрактометры. Их размеры также значительны, и такие устройства устанавливаются на рабочих местах в лабораториях, где получают максимально точные результаты, необходимые для проведения различных научных исследований. Многие из этих моделей могут оснащаться дисплеем для индикации данных о измерениях.
- Портативные (ручные) рефрактометры. Эти компактные модели могут использоваться в домашних условиях и в полевых условиях. Некоторые современные версии имеют экраны для отображения точных значений и работают на батарейках, но большинство остается аналоговыми: результаты измерений записываются визуально по световому спектру на шкале через окуляр.
Портативные рефрактометры можно дополнительно разделить на три подтипа:
- Для сахара. Эти рефрактометры позволяют определять содержание сахарозы и фруктозы в растворах, причем результаты измерений выражаются в градусах Брикс. Такие приборы идеально подходят для домашнего виноделия и имеют диапазон измерений от 0 °Bx до 40 °Bx, что достаточно для анализа свойств большинства благородных напитков.
- Для спирта. Данные рефрактометры используются для определения доли спирта в растворах — самогоне и водке. Результаты измерений представлены в градусах или процентных соотношениях.
- Универсальные. Эти приборы способны одновременно определять как содержание спирта, так и уровня сахара. Они обычно имеют две шкалы, что позволяет использовать их как для производства вина, так и для крепких алкогольных напитков.
Важно отметить, что существуют три типа портативных рефрактометров, и несоответствия в измерениях могут возникать из-за примесей в образцах. Например, если алкогольный напиток содержит высокое количество кислот, рефрактометр может не справиться с задачей точного определения содержания сахара. Также стоит учитывать, что приборы могут быть менее эффективными при измерении процентного содержания алкоголя в зрелых напитках, таких как коньяк и виски, либо в продуктах с низким содержанием алкоголя, например, в пиве или вине.
Калибровка
Если рефрактометр демонстрирует слишком частые или редкие чтения показателей преломления жидкости, это сказываться на надежности проведённых измерений. Калибровка устройства рекомендуется примерно раз в 1-2 месяца при регулярном использовании, и не реже чем один раз в три месяца при его бездействии. Для получения максимально точных результатов предпочтительно производить калибровку перед каждым использованием или хотя бы после каждых двух измерений.
Процесс калибровки рефрактометра осуществляется с помощью специальной калибровочной жидкости, которая поставляется в комплекте. Если такой жидкости не имеется, можно использовать дистиллированную воду. Однако все калибровочные процедуры должны проводиться при комнатной температуре, около 20 градусов Цельсия. Тем не менее, если прибор оборудован системой автоматической температурной компенсации, это условие может быть не столь критично.
- Начните с открытия защитного стекла.
- При помощи пипетки нанесите на главную призму две-три капли калибровочной жидкости или дистиллированной воды.
- Закройте защитное стекло обратно.
- Убедитесь, что жидкость равномерно распределилась по всей рабочей зоне, так как присутствие сухих участков недопустимо.
- Подождите около 30 секунд, чтобы температуры жидкости и окружающей среды выровнялись.
- Расположите рефрактометр так, чтобы на него падал дневной свет или полноценный искусственный свет.
- Посмотрите в окуляр. Если изображение окажется размытым, отрегулируйте фокусировку устройства.
- Поверните калибровочный винт до тех пор, пока граница между светлым и темным участками не окажется точно на отметке «0» на шкале.
- Снимите крышку с призмы. Протрите главную оптическую деталь и защитное стекло специальной мягкой тряпкой, которая обычно входит в комплект.
- Теперь можно приступать к измерениям.
