Рефрактометрия глаза: что такое, показатели. Рефрактометры Формулы расчёта для исправления концентрации растворов, изготовленных массообъёмным способом

Содержание статьи

Главное по теме

– это оптический инструмент, предназначенный для измерения концентрации растворов с помощью явления преломления света. Термин «рефракция » (от лат. refractus - преломленный и греч. metreo - измеряю) был введен в науку Ньютоном в начале 18-го века.

Типы рефрактометров

Среди современных рефрактометров можно выделить промышленные, лабораторные и портативные.

Промышленные и лабораторные рефрактометры предназначены для исследования веществ в научных лабораториях и контроля технологических процессов на производстве. Они имеют высокую точность измерений и сравнительно большие размеры.

Портативные рефрактометры предназначены для оперативного контроля веществ в лаборатории, на производстве или в полевых условиях. В свою очередь, портативные рефрактометры делятся на цифровые и ручные.

Цифровые портативные рефрактометры имеют жидкокристаллический экран, на котором отображается результат измерений. Обычно они также обладают дополнительными функциями, такими как одновременное измерение плотности и коэффициента преломления раствора, преобразование результатов в различные единицы измерения, поддержание температуры образца и прочее.

Имеют компактные размеры и не содержат никаких электронных схем и элементов питания, что позволяет с легкостью использовать их для измерений как на производстве, так и в домашних условиях. Сегодня такие рефрактометры очень популярны, благодаря своей точности, удобству эксплуатации, портативности и приемлемой цены.

Принцип действия ручных рефрактометров

Принцип действия рефрактометра базируется на использовании явления преломления света. При переходе из одного вещества в другое луч света отклоняется от прямолинейного направления на некоторый угол. Соотношение угла вхождения луча света в вещество и угла преломления его на границе раздела двух сред называется коэффициентом (показателем) преломления.

Строение рефрактометра схематически изображено на рисунке ниже. Основным оптическим элементом рефрактометра является главная призма, на которую наносится исследуемое вещество. Главная призма состоит из материала с высоким показателем преломления.

Благодаря этому, падающий свет, проходя через вещество и призму, преломляется под достаточно большим углом. Далее, через систему оптических линз, свет попадает на шкалу рефрактометра (проградуированную окружность). В зависимости от угла преломления луч света оказывается выше или ниже на шкале прибора. Освещенная часть шкалы при этом будет светлой; та часть, на которую луч света не попадет окажется темной. Величина угла преломления света зависит от состава раствора и его концентрации. Таким образом, по положению границы раздела между светом и тенью можно однозначно определить коэффициент преломления или оптическую плотность исследуемого раствора.

Нужно, однако, иметь ввиду, что показатель преломления вещества также зависит от температуры. Некоторые модели ручных рефрактометров учитывают влияние температуры с помощью функции ATC (Automatic Temperature Compensation System – система автоматической компенсации температуры). Внутри их корпуса находится биметаллическая пластина. Она сжимается или растягивается в зависимости от перепадов температуры. Биметаллическая пластина соединена с оптической системой рефрактометра, плавно передвигая ее при изменениях температуры. Величина сдвигов рассчитана так, что влияние температуры на коэффициент преломления вещества полностью компенсируется. При покупке рефрактометра обязательно обращайте внимание на наличие в нем функции АТС. В случае ее отсутствия, необходимо пользоваться специальными таблицами для пересчета полученных значений в зависимости от температуры окружающей среды.

Проведение измерений

Перед проведением измерений ручной рефрактометр необходимо откалибровать. Для калибровки большинства рефрактометров используется дистиллированная вода. На главную призму с помощью пипетки наносится несколько капель воды, затем закрывается защитное стекло. При этом нужно следить, чтобы вода под защитным стеклом равномерно покрыла поверхность призмы, не оставляя пузырьков воздуха. Далее с помощью калибровочного винта на шкале прибора выставляется значение 0,0. После калибровки призму нужно аккуратно протереть мягкой тряпочкой. Теперь рефрактометр готов к измерениям.

Для проведения измерений производятся те же действия, что и при калибровке, но вместо дистиллированной воды на призму прибора наносится исследуемый раствор. Калибровочный винт при этом остается в своем первоначальном положении. После нанесения раствора необходимо подождать 30 секунд для того, чтобы температура раствора сравнялась с температурой прибора. Затем рефрактометр направляют на источник света (дневной свет или лампа накаливания) и снимают показания.

После проведения измерений призму снова нужно протереть мягкой тряпочкой. Ручной рефрактометр нельзя опускать в воду; это может привести к попаданию воды внутрь прибора и затуманиванию шкалы. Не измеряйте рефрактометром жесткие или коррозийные вещества, так как они могут повредить покрытие призмы.

Применение рефрактометров

Широко используются в различных областях человеческой деятельности. Ниже перечислены некоторые из применений рефрактометров:

В пищевой промышленности:
• контроль качества пива, вина и других алкогольных напитков;
• определение массовой доли растворимых сухих веществ в продуктах переработки плодов и овощей;
• определение концентрации сахара в напитках, сиропах, консервах;
• измерение процентного содержания жира в твердых продуктах питания;
• измерение массовой доли белков и сухих обезжиренных веществ в молоке;
• определение влажности меда.

В медицине:
• определение белка в сыворотке крови;
• определение плотности мочи, субретинальной жидкости глаза;
• определение концентрации лекарств.

В фармацевтической промышленности:
• исследование концентрации растворов различных лекарственных препаратов.

При обслуживании автомобилей, тракторов, судов:
• определение сорта моторных топлив, охлаждающих жидкостей.

В следующих статьях про рефрактометры мы будем рассматривать их применение в разных отраслях, для решения конкретных задач.

Публикация данного материала в других источниках и его перепечатка без прямой ссылки на первоисточник (сайт ЭкоЮнит Украина) строго запрещена.

Что такое рефрактометр?

Рефрактометр - оптический прибор, измеряющий показатель преломления света в среде. Рефрактометрия, выполняющаяся с помощью рефрактометров, является одним из распространённых методов идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ.

Работа рефрактометра основана на измерении показателей преломления света в различных средах. Если плотность субстанций возрастает, ее индекс рефракции вырастает пропорционально (например, когда сахар растворяют в воде). Рефрактометр считывает относительный "вес" образца по сравнению с дистиллированной водой.

Калибровка и применение рефрактометра

Подождите примерно 30 секунд прежде, чем Вы приступите к следующему шагу. Это позволит образцу адаптироваться к температуре окружающей среды.

Направьте рефрактометр в направлении естественного дневного освещения и посмотрите в окуляр. Вы увидете круглую область (поле) с центром внизу. (На рисунке 1 показана шкала без калибровочной или любой другой жидкости.)
Подкрутите калибровочный винт до тех пор, пока граница между верхней синей областью и нижней белой областью не встретятся точно в нулевой отметке. На рисунке 2 показано что вы видите при калибровке.

Как только рефрактометр будет должным образом калиброван - он готов к использованию. Аккуратно очистите инструмент (особенно пластинку и призму) с использованием мягкой ткани, затем капните 2-3 капли образца на призму. Закройте пластинку для дневного света.
Рисунок 3 иллюстрирует то, что вы видите на этом этапе.

	Рисунок 1 Этот рисунок иллюстрирует то, что вы можете видеть в окуляре без любого образца. Заметьте, что вся шкала окрашена синим. При просмотре убедитесь, что вы используете естественный дневной свет. Вы не должны снимать показания в присутствии флуоресцентного света.
	Рисунок 2 Это то, что вы видите после того, как рефрактометр был откалиброван. Заметьте, что при правильной калибровке граница синей и белой шкалы должна находиться строго на нулевой отметке при использовании дистиллированной воды как образец.
	Рисунок 3 В данном примере показана шкала при измерении сока винограда. Вы можете видеть, что прибор показывает 23 % Brix, наиболее подходящее время для изготовления вина! После окончания измерения убедитесь, что вы почистили и высушили рефрактометр.

Обслуживание рефрактометра

Точное измерение зависит от осторожной и правильной калибровки. Напоминанием, что различие между окружающей температурой и температурой образца снижают точность показаний. Не забудьте подождать примерно 30 секунд перед снятием показаний.
Не погружайте инструмент в воду и не допускайте попадания воды вовнутрь.
Не измеряйте жесткие или коррозийные химикаты с этим инструментом, потому что они могут повредить покрытие призмы.
Чистите инструмент между каждым измерением, используя мягкую ткань.
Рефрактометр - оптический инструмент. Он требует осторожного обращения и хранения. При аккрутном использовании и правильном хранении этот инструмент обеспечит надежную работу в течение многих лет.
Температура воздуха при калибровке должна быть 20° C. Однако, много современных моделей выпускаются с ATC (автоматическая температурная компенсация), так что вы можете не волноваться относительно температуры воздуха при калибровке и относительно температуры образца.

Источники: www.grapestompers.com, www.patech.ru

Рефрактометр (рис.2а) предназначен для измерения коэффициента преломления растворов различных веществ. Принцип действия рефрактометра при измерении показателя преломления прозрачных растворов состоит в измерении предельного угла преломления на границе исследуемой жидкости и стеклянной призмы с известным коэффициентом преломления. Рефрактометр состоит из двух призм: вспомогательной откидной призмы (1) с матовой; гранью (2) и измерительной призмы (3). Между ними имеется тонкий зазор толщиной 0,1 мм, в который помещается несколько капель исследуемой жидкости (4). Измеряется предельный угол преломления на границе жидкость - измерительная призма. Встроенный в прибор компенсатор позволяет сделать границу свет - тень черно-белой при освещении белым светом. Отсчеты производятся глазом (7).

Рефрактометр работает следующим образом. Луч света проходит через вспомогательную откидную призму (1) и рассеивается на нижней грани (2). При этом рассеянные лучи распространяются во всех направлениях, в том числе и параллельно поверхности измерительной призмы (3) (рис. 26).

Далее эти лучи преломляются на границе жидкость (4) - измерительная призма (3), и, пройдя сквозь эту призму (3), попадают в устройство (5). Если граница свет - тень оказалась окрашенной и размытой, надо с помощью компенсатора (6) добиться резкой черно-белой белой границы. Конструкция отсчетного устройства позволяет при повороте специального рычага совместить границу свет - тень с маркером отсчетного устройства. При этом маркер показывает на встроенной шкале непосредственно значения коэффициента преломления .

Рис. 2.а, б- блок-схема рефрактометра: 1 - вспомогательная откидная при­зма с матовой нижней гранью (2); 3 - измерительная призма; 4 - исследуемая жидкость; 5 - отсчетное устройство; 6 - компенсатор; 7 - глаз; б - схема рас­сеяния света матовой нижней гранью (2) откидной призмы

Устройство и назначение эндоскопа

Эндоскопия -- вра­чебный метод исследования полостных органов тела (например, моче­вого пузыря, пищевода, желудка) при непосредственном осмотре их с помощью введения в них специальных инструментов - так назы­ваемых эндоскопов. Эндоскоп фактически представляет собой мик­роскоп с небольшим увеличением, приспособленный для введения в полость, то есть имеющий малый диаметр при большой длине тубуса.

Рис. 3. Распространение луча в световоде

В настоящее время широко используются гибкие эндоскопы, в которых для передачи изображения используется не система линз, а световоды - стеклянные нити диаметром 10-50 мкм.

В основу уст­ройств гибких световодов положено явление полного внутреннего отражения света. Стеклянная нить в световоде окружена оболочкой из другого вещества с меньшим показателем преломления (рис.3а). Вследствие этого лучи, падающие на поверхность раздела двух сред под углом, а > а пво распространяются по сердцевине волокна, не выходя за нее (рис.36). Тем самым, световод позволяет передавать свет на значительные расстояния, как по прямолинейному, так и по криволинейному пути.

С помощью отдельного световода диаметром 5-20 мкм удобно освещать полости, но неудобно получать изображение предметов. Поэтому, как правило, изображение предметов переносится с помо­щью стекловолоконного жгута, составленного из отдельных волокон.

На производстве и в химико-аналитических лабораториях часто есть необходимость определить концентрацию жидкой или твердой смеси. Для этой цели применяются различны методы, способы и, соответственно, специальное оборудование. Один из самых распространенных методов – измерение рефракции (анализ преломления световых лучей). А выполняется он при помощи оптических приборов, которые называются рефрактометрами.

Что такое рефрактометр?

Рефрактометры – приборы, определяющие коэффициент преломления света в анализируемой среде. В основе измерений лежит физическое явление, которое заключается в отличающихся показателях угла преломления в разных средах.

В научных кругах известно, что даже самые малые изменения содержания веществ в растворах вызывают изменения в преломлении проходящего светового луча. Благодаря чему, концентрацию смесей можно анализировать с высокой точностью.

Принцип действия . Поскольку речь идет об оптическом приборе, то и принцип его действия основан на оптических процессах. Вещество помещается на главную призму, через них (призму и вещество) проходит луч света, преломляясь под определенным углом. После чего свет переходит на шкалу устройства, разделяя ее на светлую и темную части (ниже или выше на этой шкале он окажется, зависит от угла преломления). Граница света и тени позволяет однозначно определять необходимый коэффициент.

Для чего применяются рефрактометры?

Применение рефрактометров – широчайшее. Они необходимы в самых разных сферах жизнедеятельности и производства:

– Пищепром. Для контроля качества напитков, в том числе и алкогольных (пиво, вино…), соков, сиропов, полуфабрикатов, консервов, молока, меда и т.д., а также для определения жира, белка, влажности;

– Медицина и фармацевтика. Для определения белка в сыворотке крови, плотности мочи, концентрации лекарств…;

– Нефтепереработка, СТО, доки (трактора, грузовики, легковые авто, суда). Для анализа сорта моторных топлив, охлаждающих, очищающих и моющих жидкостей.

С каждым днем увеличивается частота использования рефрактометров в домашних условиях. Уникальные функции данных приборов позволяют вычислять концентрацию сахара в напитках и сиропах собственного приготовления, анализировать состав домашних консервов и прочих продуктов.

Какие типы рефрактометров бывают?

Сегодня существует 3 основных типа устройств для измерения рефракции: ручные, портативные (лабораторные) и промышленные (стационарные).

Ручной тип – компактный, без электронных схем и элементов питания. Получил широкое применение частными лицами, благодаря удобству эксплуатации, точным показателям и низкой стоимости. Стационарные используются в лабораториях, а промышленные – непосредственно на фабриках и заводах.

Рефрактометры ручные РР-1, РР-2, РР-3 предназначены для экспрессного измерения массовой доли сахарозы в водных растворах. Данные рефрактометры могут использоваться также для определения массовой доли сухих веществ в растворах сахарозы и других растворах при условии проведения дополнительного градуировки шкалы.

Рефрактометр УРЛ-1 предназначен для непосредственного измерения показателя преломления жидких и твердых веществ, для определения концентрации растворов, и измерения средней дисперсии.
Область применения – химико-аналитические лаборатории научно-исследовательских институтов и производственных предприятий различных областей.
Работа рефрактометра основана на использовании оптического принципа полного внутреннего отражения или предельного преломления.

Лабораторный рефрактометр ИРФ-454 Б2М используется для измерения показателя преломления nD и средней дисперсии неагрессивных жидкостей и твердых тел. Прибор имеет дополнительную шкалу “Brix”.
Рефрактометр может применяться:
– В фармацевтической промышленности;
– В медицинских учреждениях;
– В пищевой промышленности;
– При обслуживании автомобилей, тракторов;
– При обслуживании авиационной техники.

Рефрактометр РПЛ-4 предназначен для измерения показателей преломления жидких и твердых веществ (кристаллы, прозрачные стекла, полимеры) и массовой доли сахарозы в химически чистых растворах сахарозы в воде. Рефрактометр РПЛ-4 может использоваться также для количественного анализа различных растворов и смесей и для определения массовой доли сухих веществ в растворах, содержащих сахарозу.
Рефрактометр применяется для контроля качества пищевых продуктов, а также для контроля технологических процессов на предприятиях пищевой, фармацевтической, перерабатывающей, химической и других отраслей промышленности. Работа рефрактометра основана на использовании оптического принципа предельного преломления или полного внутреннего отражения.

Где купить рефрактометр недорого?

Купить рефрактометры оптом и в розницу по доступной цене можно на сайте компании Система Оптимум. Каталог рефрактометров нашего предприятия состоит из многих позиций разных типов и специфики применения. В наличии профессиональные модели для всех отраслей промышленности, а также для использования в домашних условиях.

Цена рефрактометров вас приятно удивит, ведь для каждого прибора она пребывает в приемлемых пределах и полностью соответствует его качеству.

Чтобы сделать правильный выбор модели, можно ознакомиться с описаниями товара на сайте или связаться с контактными лицами для уточнения необходимой информации. Обращайтесь! Все детали – по контактному номеру.

Схема используемого в работе рефрактометра для определения показателя преломления жидких веществ представлена на рисунке 1.

К работе с рефрактометром допускаются лица, усвоившие необходимый инструктаж. Порядок работы на приборе включает:

1. Установку нуль-пункта рефрактометра по дистиллированной воде. Граница светотени должна находиться на делении 1,33299. Для установки нуль-пункта надо:

Промыть камеру 6 дистиллированной водой и насухо вытереть льняной салфеткой;

Оплавленным концом стеклянной палочки нанести на плоскость измерительной призмы одну-две капли дистиллированной воды и закрыть крышку камеру 6;

Закрыть заслонку 7 и откинуть зеркало;

Вращением маховика 2 границу светотени установить в поле зрения окуляра 4;

Вращением маховика 5 установить резкость границ светотени;

Вращением маховика 2 установить границу светотени точно на перекрестие и по шкале показателей преломления снять отсчет.

2. Измерение показателя преломления исследуемого образца проводят аналогично измерению показателя преломления дистиллированной воды при установке нуль-пункта. После совмещения границы светотени с перекрестием сетки производят отсчет по шкале показателей преломления. Измерение необходимо проводить 3 раза. Среднее арифметическое трех обсчетов является конечным результатом измерений.

3. После проведения измерений протереть камеру, промыть, досуха вытереть. Плавно закрыть крышку камеры.

корпус; 2 - маховик; 3 - заглушка; 4- окуляр; 5 - маховик; 6 - камера осветительной призмы; 7 - заслонка; 8 - осветитель; 9 - термометр; 10 - блок питания; 11 - оправа измерительной призмы; 12 – упаковка

Рисунок 1 − Рефрактометр ИРФ-454 Б2М

Порядок выполнения работы

1. Изучить порядок выполнения эксперимента и тщательно ознакомиться с правилами работы на рефрактометре и аналитических весах.

2. Получить допуск к работе и задание на выполнение эксперимента.

3. Определить показатель преломления жидких органических веществ на рефрактометре.

4. Определить плотность вещества с помощью пикнометра.

Для этого определить массу пустого пикнометра g 0 , массу пикнометра с исследуемой жидкостью g в-ва и массу пикнометра с жидкостью известной плотности, в данном случае с водой
.

6. Определив рефракцию, плотность и показатель преломления вещества экспериментально, сравнить полученные значения с табличными, используя при этом визуальную информацию о состоянии вещества (цвет, запах) и познания в области органической химии. Сделать предварительные выводы о структуре вещества, выписывая из справочника вещества, близкие по значениям указанных параметров.

7. Вычислить по правилу аддитивности рефракцию веществ и определить его структуру окончательно.

8. Полученные результаты оформить в виде таблиц 1, 2, 3.

9. Привести рабочее место в порядок и приступить к оформлению отчета.

Таблица 1 - Результаты определения показателя преломления п и плотности d в-ва

Показатель преломления, п		Результаты определение плотности раствора
Результаты трех измерений	п ср	g 0 , г	g в-ва , г	, г	, г/мл	d в-ва , г/мл

Таблица 2 - Результаты предварительного определения структуры вещества (по справочным данным) с близкими значениями п и d в-ва

Таблица 3 - Определение рефракции вещества R M