Устройство рефрактометра и особенности

Какой пожалуй единственный измерительный прибор, позволяющий ответить, что общего между плотностью антифриза, сладостью меда, восхитительным вкусом вина, яблочным соком и соленостью морской воды ?

Даже знатокам клуба «Что ? Где ? Когда ?», если не знать, что такое рефрактометр, может не хватить минуты для ответа...

Зато химик, пчеловод, садовод, специалист химической, пищевой, фармацевтической отрасли и даже автолюбитель немного подумав, не только даст однозначный ответ, но и покажет на практике, как правильно пользоваться оптическим инструментом, который справится с измерением концентрации сахара, соли и даже алкоголя в растворах.

Название ручного и можно сказать оригинального измерительного прибора составное: “рефракция”+”измерение”.
Чтобы понять устройство рефрактометра, выяснить как движется ход лучей и элегантно получается желаемый результат, даже не нужно высшее техническое образование.

Подробно про рефракцию

Вспомните школьный курс физики (раздел - преломление света), немного воображения и вам станет понятно, что такое рефрактометр. Откроется секрет мгновенного исследования растворенных в жидкостях веществ.

Для астрономов искривление солнечных лучей в воздушном океане земли в большей степени явление негативное и приводит к необходимости вносить коррективы в расчеты. Неравномерная плотность атмосферных слоев усложняет проведение наблюдений за движением небесных светил.

Оптический прибор способен преобразовать угол отклонения световых лучей в содержание растворенных в жидкости сухих веществ, что поможет например определить удельный вес сахара в стакане с чаем. Работает рефракция !

Для всех, кто для профессиональной деятельности или использования в быту планирует не только рефрактометр купить, но и разобраться как физическое свойство света изменять направление в средах с изменяемой оптической плотностью, способствует мгновенному замеру концентрации, предлагаем проследить путь луча.

Долгую дорогу в 150 млн. километров от солнца до нашей родной планеты, свет преодолевает в вакууме со скоростью 300 тыс. км в секунду.
Вхождение в любую среду изменяет скорость луча (точнее сказать – уменьшает ее) в зависимости от плотности. Не важно – пронзают лучи жидкость, твердый материал или линзу. Основной критерий – оптическая прозрачность.
Визуально рефракция проявляет себя как явно различимое искажение привычных нам предметов.

Падение света под углом к границе двух сред вызывает изменение направления. Если чередуются несколько смежных слоев, путь света может быть достаточно сложным, прохождение луча получается изломанным.
Преломление света (рефракцию) можно наблюдать на границах:

• “воздух”-“стекло”;
• “воздух”-“жидкость”;
• “стекло”-“жидкость”.

Путем проведения экспериментов и расчетов можно точно определить конечную точку «маршрута» лучей в зависимости от материалов сред и количества переходов между ними.
Прежде чем изучить устройство рефрактометра, исследуем ход лучей от самой первой точки касания.

Лучи от лампы накаливания или дневного солнечного света преломляются несколько раз.

Как видим, ход лучей не так прост - законы физики обойти нельзя и наш "слоеный пирог" несколько раз изломал луч и если изначально свет падал вертикально, то при входе непосредственно в стекло, он искривляется.
Толщина пленки жидкости с растворенным веществом на рисунке увеличена для облегчения восприятия. В реальности слой раствора в сотни раз меньше, чем соприкасающиеся оптические элементы (стекло и линза).

На практике

Призма приятного синего цвета в передней части рефрактометра – своеобразная «подставка» для размещения капельки раствора и с нее стартует световой поток в своем коротком путешествии длиной в десяток сантиметров со скоростью света.

Жидкость (раствор сахара, соли или даже вино и мед) помещается на приемной пластине, распределяется равномерно и прижимается сверху стеклом - на рисунке оно находится в “откинутом” положении и может перемещаться на 2-х сочлененных шарнирах.

За счет тщательно подогнанных конструктивных элементов и легкого усилия, при каждом измерении слой жидкости по толщине неизменный, что в свою очередь определяет обеспечение паспортной точки.
Прорезиненный черный цилиндр служит для удержания прибора в одной руке, ориентации в пространстве, чтобы направить входной канал на источник света.

Сделать это не сложно - устройство рефрактометра продумано так, что материал корпуса легкий, а сама оптическая трубка пустотелая. Можно проводить измерения в течение всего рабочего дня, без усталости.

Конструкция заканчивается монокулярным увеличительным стеклом с возможностью подстройки резкости.

Складывается устойчивая ассоциация, что это своеобразная мобильная переносная мини-лаборатория.

Приведем один пример.

Например рефрактометры для соли определяют содержание растворенного вещества (NaCl) в солевом растворе за минуту, включая очистку линзы, помещение капли жидкости, накрытие стеклышком и сам процесс измерения. А как определить содержание соли в лаборатории ?

1. Взвесить раствор.
2. Выпарить на огне.
3. Взвесить сухой остаток.
4. Подсчитать процент.

Нужен источник тепла - спиртовая или газовая горелка, лабораторная посуда, дорогие точные весы. А самое главное - время ! А если таких опытов нужно произвести десятки в день ?

Важное преимущество - легко измерить концентрацию не только жидких растворов, но даже веществ с достаточно густой консистенцией, например меда, что с успехом используют пасечники, которые исследуют сахаристость этого сладкого и полезного продукта пчеловодства.
Единственное, о чем не следует забывать - в обязательном порядке требуется искусственное или естественное освещение. Так что проводите измерения днем или в помещении включайте лампу - подсветка не предусмотрена !

Теперь Вы знаете устройство рефрактометра, сферу применения и даже с определением сладости чая не возникнет никаких сложностей. Может тогда и выяснится, почему в доме так быстро заканчивается сахар !