Рефрактометр – это прибор для измерения значения плотности жидкой среды. Такое устройство является оптическим, применяется в разных сферах. Ниже рассмотрим назначение рефрактометра, виды приборов и правила их использования.
Принцип работы рефрактометра
Определение рефрактометра указывает на то, что прибор выявляет плотность жидких веществ и смесей. Оптическое устройство анализирует преломление проходящего через измеряемую среду светового луча. Принцип рефрактометра заключается в эффекте рефракции.
Рефракция, то есть преломление – это изменение направления при движении луча (световой волны). Вектор перемещения меняется на границе двух сред, через которые поток света проходит. В случае рефрактометра это воздух и измеряемая жидкость. Попадая в последнюю, луч начинает двигаться под определённым углом.
Когда световой поток проходит через прозрачную жидкость, он, во-первых, замедляет своё движение из-за сопротивления, во-вторых, отклоняется от прямой линии. По углу отклонения рефрактометр определяет плотность.
Важный показатель измерения – это коэффициент преломления, то есть соотношение между углом первоначального движения до вхождения в оцениваемую среду и углом преломления, который возникает в точке контакта двух веществ. Эталон – это движение света в дистиллированной воде. Оно считается нулевым значением.
Конструкция и работа рефрактометра
Из чего состоит рефрактометр? Его основная часть – это главная стеклянная призма с высоким коэффициентом преломления. Снаружи деталь закрывает стекло, которое, во-первых, прижимает и равномерно распределяет анализируемую жидкость, во-вторых, защищает призму от механических воздействий. Также в конструкции предусмотрены система линз, калибровочный винт для оптической настройки и биметаллическая пластина, корректирующая возможные отклонения из-за температур.
Для измерений на призму наносят анализируемую жидкость. Прибор излучает свет, который проходит через главный элемент и ещё несколько дополнительных линз, а потом попадает на шкалу – круглое основание с нанесённой на него градацией. В зависимости от преломления, луч оказывается либо выше нулевой градуировки, либо ниже её. Одна зона круга освещается, а вторая находится в тени.
Показания рефрактометра считываются по шкале – границе между затенённым участком и светлым. Градуировку можно увидеть через монокуляр прибора. Универсальные рефрактометры, которые используют для определения плотности разных жидкостей, обычно имеют несколько шкал с разными единицами измерения и шагами – отрезками между нанесёнными рисками. Крепость алкогольных напитков вычисляется в градусах или процентах в общем объёме (% об), плотность – в Be° (градусах Боме), а концентрация сахара – в °Bx (градусах Брикс).
Угол преломления зависит от структуры, состава раствора и концентрации его компонентов. Также на значение влияет температура среды. Если она отличается от обычной комнатной (около 20℃), то её автоматически компенсирует биметаллическая пластинка, которая сжимается и расширяется при термических воздействиях. Этот элемент жёстко соединён со шкалой. Меняя размеры при нагреве или охлаждении, пластина сдвигает градацию на расстояние, которое компенсирует отклонения преломления, обусловленные температурной разницей.
К сведению! Система автоматической компенсации предусмотрена не во всех моделях рефрактометров. Если нужно измерять жидкости температуры от +10 градусов до +30, то лучше выбрать прибор с биметаллической пластинкой.
Сферы применения
Назначение рефрактометра – анализ плотности. Такой показатель иногда характеризует свойства жидкостей, их качество. И поэтому прибор рефрактометр применение получил в разных сферах. Это:
- определение крепости или количества сахара в спиртных напитках или промежуточных продуктах их производства – самогоне, водке, браге, вине;
- изучение состава и структуры растворов в химической промышленности – выявление содержания солей, гликолей, щелочей, кислот и прочих компонентов;
- контроль качества масел и топлива (дизеля, бензина) в нефтеперерабатывающей промышленности, в машиностроении;
- проверка на кондитерских и пищевых производствах соответствия стандартам сладких и алкогольных напитков, соусов, сиропов, мёда, кисломолочных и молочных продуктов, глазурей, детских пюре, джемов;
- оценка доли крахмала в канцелярских клеях;
- проверка в фармацевтической отрасли чистоты активных веществ, качества медикаментозных препаратов и доли кислот в некоторых средствах;
- анализ биологических жидкостей в медицинской диагностике – определение плотности человеческой мочи, количества белка в крови;
- выявление концентраций различных растворов и добавок при изготовлении текстильных изделий.
С помощью рефрактометра определяют показатели плотности в промышленности, в быту (домашних условиях), в лабораториях, отделах контроля качества на производственных предприятиях, в НИИ.
Виды рефрактометров
Существуют такие виды рефрактометров:
- Промышленные. Это крупногабаритные измерительные приборы, которые используют на разных предприятиях и часто вводят в производственные линии для постоянного контроля параметров продукции. Устройства высокоточные, обычно их подключают к компьютерам для отслеживания свойств сред и их изменения при разных условиях.
- Лабораторные. Их размеры тоже немаленькие. Устройства монтируются на рабочих местах в лабораториях и выдают максимально точные результаты, которые очень важны для различных исследований. В конструкцию может входить дисплей для индикации получаемых значений.
- Ручные, то есть портативные (мобильные). Они компактные, подходят для применения в домашних и полевых условиях. Некоторые современные модели оснащаются экранами для вывода точных показателей, работают от батареек. Но многие рефрактометры аналоговые: результаты при внешнем хорошем освещении оцениваются по световому лучу на шкале через окуляр.
Портативные устройства делятся на три подвида:
- Для сахара. Рефрактометром определяют содержание сахарозы и фруктозы в растворах, значения оценивают в градусах Брикс. Приборы подходят для домашнего виноделия, имеют диапазон от 0 °Bx до 40, и этого достаточно для изучения свойств большинства благородных напитков.
- Для спирта. С помощью рефрактометра можно определить долю спирта в растворах – самогоне, водке. Единица измерения шкалы – градусы либо % об.
- Универсальные. На рефрактометре определяют содержание спирта и сахара. Приборы этого вида имеют сразу две шкалы, могут использоваться для производства вина и крепких напитков.
Важно знать! Результаты измерений коэффициента преломления могут оказаться неточными при изучении многокомпонентных сред. Примеси увеличивают погрешность. Например, если в спиртном напитке содержится много кислот, то рефрактометр не сможет максимально точно определить долю сахара. Также прибор достоверно не измерит процент спирта в выдержанных напитках типа коньяка и виски, в слабоалкогольной продукции, например, пиве, вине.
Калибровка
Если определение показателя преломления жидкости рефрактометром осуществляется слишком часто или, напротив, редко, то достоверность измерений снижается. Калибровать прибор нужно примерно раз 1-2 месяца при регулярном применении либо спустя минимум три месяца отсутствия работы. А для максимально точных показаний желательно проводить процедуру перед каждым использованием или хотя бы через раз.
Калибровка рефрактометра осуществляется с помощью входящей в комплект калибровочной специальной жидкости. Если её нет, подойдёт дистиллированная вода. Выполнять все действия нужно при комнатной температуре – около 20 градусов. Но если в устройстве есть система автоматической температурной компенсации, это требование можно не соблюдать.
Алгоритм калибровки:
- Откройте защитное стекло.
- С помощью пипетки на главную призму нанесите две-три капли калибровочной жидкости либо дистиллированной воды.
- Верните защитное стекло обратно.
- Дождитесь равномерного распределения жидкости по всей рабочей зоне. Сухих участков оставаться не должно.
- Выждите около 30 секунд, чтобы температуры жидкости и окружающей среды сравнялись.
- Расположите рефрактометр так, чтобы на него падал дневной или полноценный искусственный свет.
- Взгляните в окуляр. Если изображение размытое, настраивайте фокус устройства.
- Крутите калибровочный винт, чтобы граница между тенью и светом оказалась на отметке «0» шкалы.
- Уберите с призмы крышку. Протрите главную деталь и защитное стекло мягкой тряпкой (она должна быть в комплекте).
- Приступайте к измерениям.
Как пользоваться рефрактометром
Правила работы с рефрактометром:
- Уберите защитную крышку.
- Пипеткой нанесите на призму пару капель анализируемой жидкости.
- Закройте стекло, подождите полминуты до выравнивания температур и распределения состава по призме.
- Расположите рефрактометр под источником внешнего освещения. Искусственный свет должен быть достаточно ярким и падать строго сверху, а не сбоку.
- Посмотрите в окуляр, считайте значение. Это будет риска на шкале, на которой располагается граница тёмной и светлой зон.
- Откройте крышку, протрите аккуратно её и призму. Закройте защитное стекло.
Использование рефрактометра требует бережного отношения к прибору. Протирать призму и стекло можно только мягкой тканью. Не допускайте падений устройства, погружений корпуса в любые жидкости. Не анализируйте агрессивные химикаты, абразивные составы или твёрдые вещества, которые могут нарушать целостность покрытия призмы и искажать результаты в будущем.
В нашем интернет-магазине есть рефрактометры для анализа алкогольных напитков, продуктов питания, СОЖ, электролитов. Также вы найдёте универсальные модели для измерения плотности разных сред. Все изделия соответствуют стандартам качества, имеют доступную стоимость. Обращайтесь!
