Рефрактометр – принцип работы, виды и сферы применения

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:

1. Откройте защитное стекло.
2. С помощью пипетки на главную призму нанесите две-три капли калибровочной жидкости либо дистиллированной воды.
3. Верните защитное стекло обратно.
4. Дождитесь равномерного распределения жидкости по всей рабочей зоне. Сухих участков оставаться не должно.
5. Выждите около 30 секунд, чтобы температуры жидкости и окружающей среды сравнялись.
6. Расположите рефрактометр так, чтобы на него падал дневной или полноценный искусственный свет.
7. Взгляните в окуляр. Если изображение размытое, настраивайте фокус устройства.
8. Крутите калибровочный винт, чтобы граница между тенью и светом оказалась на отметке «0» шкалы.
9. Уберите с призмы крышку. Протрите главную деталь и защитное стекло мягкой тряпкой (она должна быть в комплекте).
10. Приступайте к измерениям.

Как пользоваться рефрактометром

Правила работы с рефрактометром:

1. Уберите защитную крышку.
2. Пипеткой нанесите на призму пару капель анализируемой жидкости.
3. Закройте стекло, подождите полминуты до выравнивания температур и распределения состава по призме.
4. Расположите рефрактометр под источником внешнего освещения. Искусственный свет должен быть достаточно ярким и падать строго сверху, а не сбоку.
5. Посмотрите в окуляр, считайте значение. Это будет риска на шкале, на которой располагается граница тёмной и светлой зон.
6. 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!