Что измеряется с помощью рефрактометра. Рефрактометрия глаза: что такое, показатели

В данной работе используется рефрактометр Аббе, действие которого основано на измерении предельного угла преломления. Оптическая схема рефрактометра приведена на рис. 4. Исследуемый раствор помещают между плоскостями двух призм - осветительной 3 и измерительной 4 , изготовленных из стекла с большим показателем преломления (n = 1.9 ). Большой показатель преломления измерительной призмы позволяет сохранять условиеn p < n ст для большого диапазона плотностей измеряемых жидкостей. Шкала прибора проградуирована до значения n p =1.7 .От источника 1 пучок света направляется конденсором 2 на входную грань осветительной призмы. Пройдя осветительную призму 3, свет падает на матовую гипотенузную грань АВ данной призмы, граничащую с тонким слоем исследуемой жидкости. Матовая поверхность имеет неровности, размеры которых составляют несколько длин волн. Свет рассеивается на этих неровностях по всей поверхности и, пройдя через тонкий слой раствора, падает на границу раздела “раствор-стекло” под всевозможными углами падения, т.е. угол падения изменяется в пределах от 0 0 до 90 0 .

На зеркальной гипотенузной граниCD измерительной призмы 4 свет преломляется (размеры неровностей на этой грани меньше длины волны). Вследствие того, чтоn p < n ст , угол преломления изменяется в пределах отнуля до γ пр . Под угламиγ > γ пр излучение не наблюдается. Таким образом, при угле преломления, равном γ пр , возникает граница свет – тень. Величина n p определяется из соотношения sin γ пр = n p / n ст , где величина n ст известна.

Ход лучей света при выходе его из измерительной призмы легко учитывается при градуировке прибора т. к. преломление света происходит на границе “стекло-воздух”, причем показатели преломления обеих сред известны. Угол преломления света на этой границе не влияет на точность измеренияn p .

Благодаря засветке всего слоя раствора граница света и тени наблюдается достаточно резко. Поэтому, настраивая прибор к работе, свет от осветителя нужно направить на призму так, чтобы он равномерно осветил всю поверхность грани АВ рассеивающей призмы. Для определения угла, под которым выходят лучи из измерительной призмы, используется зрительная труба, образованная объективом 6 и окуляром 9, свет в которую поступает через систему призм прямого зрения 5 . При этом используется то свойство зрительной трубы, что лучи, идущие к ней параллельно её оси, собираются в заднем фокусе, где помещена прозрачная пластинка 7 с нанесенным на ней перекрестием сетки. Перекрестие точно совпадает с фокусом.

Рис. 4. Ход лучей в рефрактометре при измерении показателя преломления методом скользящего луча.

Оптическая схема прибора: 1-источник света, 2-конденсор, 3-осветительная призма, 4-измерительная призма, 5-призма прямого зрения, 6-объектив зрительной трубы, 7-сетка с перекрестием, 8-шкала, 9-окуляр зрительной трубы, 10-поле зрения окуляра.

Призмы прямого зрения и зрительная труба жёстко связаны между собой и могут поворачиваться относительно измерительной призмы. Угол поворота измеряется по неподвижной шкале 8, расположенной в общей фокальной плоскости объектива и окуляра. Шкала проградуирована в значениях показателя преломления исследуемого раствора на основании формулы (6). Осуществляя поворот зрительной трубы, можно установить её ось параллельно лучам, преломившимся на граниCD под предельным углом γ пр . При этом в поле зрения окуляра будут наблюдаться светлая и тёмная области, граница между которыми будет совпадать с перекрестием. Светлая область образована лучами, преломлёнными на граниCD под углами, меньшими предельного, а тёмная область возникает из-за отсутствия лучей, идущих под углами, большими предельного. Положение границы света и тени, образованной лучами, преломлёнными под предельным углом, укажет на шкале 8 искомую величину показателя преломления раствора.

Источник света 1 не является монохроматическим. Поэтому вследствие дисперсии как исследуемого вещества, так и материала измерительной призмы, (зависимости их показателей преломления от длины волны света), граница света и тени, наблюдаемая в зрительную трубу, оказывается размытой и окрашенной. Для устранения этого эффекта используются призмы прямого зрения 5 , образующие дисперсионный компенсатор. Призмы рассчитаны так, чтобы лучи с длиной волны λ D = 589,3 нм (среднее значение длины волны натрия) не отклонялись при прохождении через них. При повороте одной призмы относительно другой их суммарная дисперсия изменяется, что позволяет скомпенсировать различие в углах выхода лучей с различными длинами волн из измерительной призмы и направить их в зрительную трубу параллельно лучам с длиной волны λ D . Граница света и тени при этом получается резкой, неокрашенной и даёт значение показателя преломления исследуемого раствора n D на длине волны λ D .

Рефрактометр – это оптический инструмент, предназначенный для измерения концентрации растворов, в основе которого лежит явление преломление света.

Рефрактометрия ― это метод исследования веществ, основанный на определении показателя (коэффициента) преломления (рефракции) и некоторых его функций. Рефрактометрия (рефрактометрический метод) применяется для идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ.

Классификация :

1. Промышленные

2. Лабораторные

3. Портативные цифровые

4. Портативные ручные

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

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

Портативные цифровые рефрактометры обычно имеют жидкокристаллический дисплей, на котором отображается полученные результаты измерений. Чаще всего они также обладают дополнительными опциями, такими как одновременное измерение плотности и коэффициента преломления раствора, преобразование результатов в различные единицы измерения, поддержание температуры образца и прочее.

Ручные (не цифровые) рефрактометры имеют обычно более компактные размеры и не имеют никаких электронных схем и элементов питания (за исключение некоторых моделей с подсветкой), что позволяет их с легкостью использовать для измерений не только на производстве, но и в домашних условиях. Сегодня такие рефрактометры очень популярны, благодаря своей точности, удобству эксплуатации, портативности и невысокой доступной цены.

На чём же основан принцип работы рефрактометра?

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

Строение типичного рефрактометра схематически изображено на рисунке ниже. Основным оптическим элементом рефрактометра является призма, на которую наносится исследуемое вещество. 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 попадает, 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 (или в случае с более простыми моделями калибровочной отвёртуи) на шкале прибора выставляется значение 0,0. После калибровки призму нужно аккуратно протереть мягкой тряпочкой (желательно использовать тряпочку для линз очков, её материал не повредит линзу рефрактометра). Теперь рефрактометр готов к измерениям. Если шкала рефрактометра начинается не с нуля (0 это дистиллированная вода), то рефрактометр калибруется по специальному маслу.

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. Также не измеряйте и очень горячие растворы, так как главная линза может отклеится. Для большинства рефрактометров температурный придел 50С.

Применение рефрактометров

Рефрактометры широко используются в различных областях человеческой деятельности. Ниже перечислены некоторые из наиболее распространённых сфер применения рефрактометров:

В пищевой промышленности:

1. контроль качества ;

2. определение массовой доли растворимых сухих веществ в продуктах переработки плодов и овощей;

В медицине:

1. определение белка в сыворотке крови;

2. определение плотности мочи, субретинальной жидкости глаза;

Рефрактометр это портативный оптико-механический прибор, без источников питания, с минимальным количеством пробы, за несколько секунд, измеряющий концентрацию растворенных в жидкости веществ при помощи светового луча.

Название устройства составное "рефракто" и "метр", что в первом приближении объясняет принцип работы рефрактометра, если вспомним про рефракцию или искривление света.

А если вспомнить не удается, подробно рассмотрим на картинках, и Вы поймете, что несмотря на строгое и звучное название, рефрактометр это оптический инструмент, с которым может работать даже школьник.

Но сначала несколько слов, где же востребован ручной рефрактометр, кто держит в арсенале стильный, надежный и портативный измерительный прибор, не нуждающийся в батарейках, и вообще в питании, а все, что ему нужно это свет.

Рефрактометр это альтернатива сложному лабораторному анализу

Оптика с широким спектром применения, полезный и востребованный в течение всех 4-х сезонов года - ручной рефрактометр, в лаборатории, на пасеке, в саду, гараже, на складе, задействован на всех этапах, от производства до реализации готовой продукции.

Поясним на примере.
Предположим, нужно измерить содержание сахара во фруктовом соке. Все хотят лакомиться сладкими яблоками, сливами и грушами!

В зависимости от степени зрелости плода, концентрация сахарозы будет увеличиваться, а от этого зависит время сбора урожая, затраты на консервацию, и безусловно вкусовые предпочтения покупателей - а значит спрос, цена и конечный финансовый результат.

Садовод конечно может периодически съедать один фрукт для анализа, но полагаться на субъективность вкусовых рецепторов по меньшей мере несерьезно.

Лабораторные исследования никто не отменял.

Подготовьте специальную посуду, реактивы, пригласите квалифицированный персонал, закупите мебель, оборудование, подведите электричество и самое главное запаситесь временем.

Химические исследования явно не самый быстрый метод анализа.

К тому же обратим внимание еще на 3 фактора.

• во-первых, на необходимость постоянной закупки расходных материалов.
• во-вторых, часть из используемых химикатов опасны для здоровья.
• в-третьих, прибавьте зарплату персонала, счета за электричество, расходы на логистику - доставку образцов в лабораторию....

Есть альтернативный вариант значительно более быстрый и дешевый - , цена которого в несколько раз меньше средней месячной заработной платы.

Рефрактометр это легкий, компактный и скоростной измерительный прибор, позволяющий избежать ошибок, своевременно выявить опасные тренды, сберечь в бюджете компании или семьи финансовые ресурсы, заработать на продаже, сохранить в целостности промышленное оборудование и поддержать на высоком уровне деловую репутацию в бизнесе.

1. Показания рефрактометра при замерах концентрации тормозной и охлаждающих жидкостей (тосолов, антифризов) гарантирует, что радиатор автомобиля не «разорвет» в лютый мороз, а тормоза спасут при резком замедлении.
2. Своевременный, периодический, достоверный и самое главное быстрый и экономный анализ содержания сахара обеспечит ручной рефрактометр для винограда - от этого зависит букет (аромат) вина, а винодельческие компании почувствуют себя уверенно на высококонкурентном рынке и смогут достойно «держать свою марку» в прямом смысле.
3. Садоводу необходим рефрактометр ручной, чтобы знать концентрацию сахара во фруктах и овощах и получить показания по шкале Brix*.
4. Можно измерить сахаристость и влажность основного продукта пчеловодства рефрактометром для меда и не только обеспечить на зиму членов своей семьи полезными, вкусными и лечебными сладостями, но и реализовать излишки, получив звонкую монету в семейный бюджет.

* Шкала Brix - общепризнанная в мире мера измерения концентрации содержания веществ, растворенных в жидкости (в процентном отношении)

Первое, что необходимо знать, рефрактометр это портативный оптический измерительный прибор.

Принцип работы рефрактометра основан на оригинальном методе использования явления преломления света для измерения концентрации раствора.

Образно говоря, принцип действия оптического измерительного прибора, базируется на синергии двух наук, квинтэссенции 4-х слов: "физика света+химия раствора".

Анализируемые растворы, состоят как минимум из двух компонентов - растворителя и растворенного вещества. По мере насыщения жидкости, плотность и оптическая проницаемость для световых лучей изменяются. Это первая "фишка".

Солнечный свет или поток искусственного освещения пронзают как окружающую нас воздушную среду, так и оптически прозрачные предметы, включая стекло и воду.

Луч последовательно переходит из одной среды в другую и на границе наблюдается практически важный физический эффект рефракции - искривление направления движения света. Это вторая "фишка", благодаря чему показания рефрактометра становятся реальностью.

На рисунке представлена линза - твердое вещество, но аналогичное явление наблюдается в жидкости и даже в атмосфере. Важно не агрегатное состояние, а оптическая плотность.

Чтобы понять принцип работы рефрактометра, достаточно запомнить, что в слое анализируемого раствора, происходят абсолютно такие те же процессы рефракции (отсюда и название - ручной рефрактометр). По-другому действительно не назовешь. Ну например, "преломляющий луч света" - слишком пафосно...

Тщательно обработанная линза - на рисунке темно-синего цвета, как безбрежное море, оптически однородна, а коэффициент преломления ее неизменный. Это гарантируется качеством изготовления заводом-производителем.

Если плотность защитного стекла и призмы остаются неизменными в течение всего срока службы, значит единственная среда, которая может изменить показания - это тончайшая пленка раствора между стеклом и призмой.

С ростом плотности капельки раствора, равномерно размещенной между линзой измерительного прибора и защитным стеклом, линия света движется вверх или вниз по шкале Brix - своеобразном дисплее и визуально наблюдается через монокулярный объектив.

Иными словами, рефрактометр это измерительный прибор, отклоняющий луч при увеличении (уменьшении) концентрации исследуемой жидкости. На этом базируется принцип работы рефрактометра.

Отметим важную функцию индивидуальной подстройки. Оптика ограничивается не только явлением рефракции. Рефрактометр ручной "учитывает" остроту зрения смотрящего - стоит лишь круговыми движениями окуляра настроить резкость и показания снова станут яркими и четкими.

До начала серийного производства, маркетологи согласуют номенклатуру рефрактометров на основе рыночных ожиданий и потребностей покупателей. Инженеры проектируют линейку измерительных приборов в зависимости от сферы применения - в первую очередь разрабатывают модели для каждой ниши в зависимости от предполагаемой концентрации анализируемых химических соединений.

Принцип работы рефрактометра остается неизменным, а вот верхняя граница меняется:

• до 18% (соки, растворы низкой концентрации);
• до 32% (средняя серия - наиболее востребованная);
• до 62% и выше (для патоки и сиропов).

Исходя их технологического процесса, необходимо заранее определить максимальный верхний предел и рефрактометр купить, для которого степень насыщения раствора и оптическая плотность исследуемой среды никогда не достигнут значений, когда луч отклонится за пределы шкалы и показания зашкалят.

Рефрактометр это уникальный измерительный прибор прямого действия. И пафоса здесь никакого нет. Всего 3 тезиса:

1. Инерционность отсутствует.
2. Нет цифровых электронных схем.
3. Источники питания не нужны.

Принцип работы рефрактометра очень прост - измерить содержание растворенного вещества в растворе можно практически мгновенно - со скоростью света!

Как пользоваться рефрактометром

Вспомнить школьный курс физики и понять как работает рефрактометр, это важно, но чтобы выгодно использовать все возможности, и измерить концентрацию раствора с минимальной погрешностью, следует помнить!

Купить рефрактометр, выбрав по 4-м критериям

1. В зависимости от объемов и частоты анализов концентрации растворов - в проточном режиме (онлайн) или периодически:
   • промышленный;
   • для домашнего применения или малого бизнеса.
2. По химическому составу исследуемой жидкости:
   • анализ содержания сахара в соках, вине, пиве, меде;
   • удельный вес соли в растворе;
   • проверка плотности антифризов, тосолов и омывателей.
   • сухой остаток и белок в молочной пробе.
3. По шкале Brix:
   • 0~10% (низкие концентрации);
   • 0~18%, 0~32% (средние концентрации);
   • 28~62%, 45~82%, 58~92%, 0~87% (для высоконасыщенных растворов);
4. По цене деления шкалы устройства - можно купить рефрактометр со следующим шагом: 0.1%,0.2%, 0.5%,10.0%.

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.