+38 (044) 599-10-11 +38 (097) 559-01-01 +38 (095) 559-01-01
Пн–Пт: 09:00–17:00,
Заказ товаров:
По телефону ежедневно
с 9:00 до 19:00
На сайте круглосуточно
Популярные посты
Как работает отпугиватель собак

Почему для отпугивания собак был выбран ультразвук, а не звуковой диапазон ? Разберемся как работает отпугиватель собак

23 Июня 2016 10656
Принцип работы рефрактометра
Рассчитать мгновенно концентрацию растворенного вещества в растворе при помощи света, без лабораторного анализа ? Фантастика ! Рассмотрим принцип рабо...
07 Февраля 2016 8658
Как измерить кислотность почвы - ph земли
О том как измерить кислотность почвы, о водородном показателе пш, о преимуществах и недостатках методов определения PH земли, читайте в нашей статье...
29 Февраля 2016 8514

Рефрактометры - и простые и сложные

Рефрактометр - один из редких измерительных приборов, которые проводят экспресс анализ разнородных веществ и при этом, практически ничем не различаются по устройству.

Вопрос в том, что базовый принцип работы рефрактометра остается неизменным, а меняются оптические характеристики, и единицы измерения шкал.

Поговорим про рефрактометр ...

А устройство действительно одинаковое - измеритель концентрации раствора представляет собой трубку из алюминия - ход распространения лучей в рефрактометре, удлиненное стекло на вращающихся осях, оптическую часть и монокуляр для наблюдения результатов.

К счастью для любознательных, тех, кто хочет воочию убедиться в том как работает рефрактометр, ключевой элемент измерительного прибора находится снаружи.
конструкция рефрактометра


А именно впереди - на наклонном срезе расположена линза из высококачественного оптического стекла.

Именно здесь скрыта тайна преломления света - не важно искусственного – от лампы или естественного - от солнца.


По большому счету, ручной рефрактометр будет работать, даже если на оптическую призму не будет помещена исследуемая жидкость.

Как же так ? А что рефрактометр будет измерять ?

Все правильно. Но речь идет о том, что рефракция - объективное физическое явление, существующее в независимости от нашего желания проводить измерение концентрации растворенных в жидкости веществ.

явление рефракции

Пустая хрустальная ваза, стакан с чаем, и даже бабушкины очки - рефракция возникает везде на ГРАНИЦЕ СРЕД.

Причем не имеет значение агрегатное состояние: жидкое, твердое, газообразное или вязкое.

Это так называемые естественные, бытовые или натуральные “рефрактометры”, в отличие от специализированных оптических измерительных приборов, "заточенных" именно на проведение оперативного анализа.


Несколько примеров пар совершенно разнородных сред, на стыке которых и наблюдается явление рефракции: стекло-воздух, полиэтилен-вода, воск-оргстекло.

Отметим общую черту, связанную с принципом работы рефрактометров.

Свет должен свободно проходить

Говоря терминами физики, жидкость должна быть оптически прозрачной.

Другой вопрос, что растворы обладают различной оптической плотностью.

Именно в этом заключается принцип работы рефрактометра, но главное условие, повторимся - беспрепятственное проникновение фотонов, квантов света через раствор.

Еще один интересный вопрос.

А изменяются ли показания рефрактометра, если поменять яркость освещения ?

Ну например, уровень освещенности, солнца в полдень, или вечером на закате, как говорится, две большие разницы, что и покажет цифровой люксметр.
От чего вообще зависят показания ?

  1. От оптической плотности сред.
  2. От толщины слоя исследуемого раствора.
  3. От концентрации растворенных веществ.
  4. От температуры.

Как видим от яркости ничего не зависит.

Приведем аналогию допустим с биноклем.
Утром или вечером мы в любом случае сможем рассмотреть удаленный объект.
Единственная критическая точка не возможности наблюдения - когда света нет вообще.

Ни бинокль, ни рефрактометр, ни любой другое оптическое устройство в темноте работать не будут.

 

Главное условие - освещение должно быть достаточным для визуального наблюдения показаний на шкале рефрактометра

 

Подчеркнем, речь идет о световых лучах в видимом диапазоне.

прибор для измерения инфракрасного излучения


Например пирометр, прибор ночного видения, тепловизорный прицел или тепловизор для энергоаудита дадут информацию в любое время суток.

Причина проста – для получения данных используется инфракрасное излучение, о чем мы рассказали в нашей статье, где рассмотрели и сравнили несколько электронных оптических устройств.


Кстати пирометр и рефрактометр объединяет одна общая черта – приемная входная оптика.

Только в одном случае фокусируется тепловой поток, для дальнейшей передачи на термопреобразователь и оцифровку, а в другом – для отклонения светового луча и отображения на шкале.

Соответственно можно сказать, что инфракрасный термометр – цифровой измерительный прибор, а оптический рефрактометр – аналоговый.

цифровой рефрактометр купить



Хотя есть исключение и цифровая электроника “добралась” даже до классических ручных измерителей концентрации раствора.

Можно купить цифровой рефрактометр с различным набором шкал, практически для всех продуктов – соли, сахара, антифриза, вина, пива и даже для аккумуляторных кислот.


 

Как обеспечить повторяемость результата ?

 

Это важная характеристика для всех измерительных приборов, причем в технических параметрах это величина приводится довольно редко.

Повторяемость измерений – метрологическая характеристика, описывающая насколько отличается (в %) результат двух последовательных замеров при одном и том же образце.

Пример.

Возьмем влагомер зерна.

Отберем совокупность зерен пшеницы и поместим в камеру, где исследование влажности проводится диэлектрическим методом.
Повторяемость по паспорту – 0,1 %.
Засыпаем пробу один раз, измеряем, потом высыпаем и снова засыпаем.
Если в одном случае получаем 14 %, а в другом 14,1%, то повторяемость в пределах нормы и влагомер для зерна может дальше эксплуатироваться.

От чего зависит повторяемость результата рефрактометра ?

Для ответа на вопрос, выясним, что может меняться при каждом исследовании, если например взять для анализа яблочный сок.

Проведем измерение концентрации 2 раза подряд для одного и того же яблока.

Что может меняться :

  1. Толщина слоя.
  2. Температура продукта.

Следовательно, необходимо гарантировать неизменность двух указанных параметров.устройство рефрактометра

Чтобы разобраться, как это происходит, необходимо изучить устройство рефрактометра – конструктивные элементы и принцип работы.

Мы об этом подробно рассказывали в наших статьях, поэтому сейчас сосредоточимся на узком аспекте – как формируется слой стабильной толщины исследуемой жидкости на поверхности призмы.

Причем это актуально даже не столько для жидких растворов, а для вязких.

Если на рефрактометр для меда помещается несколько капель сладкого продукта, то в отличие от сока, мед может не растекаться.

Чтобы повторяемость была высокой, необходимо по всей поверхности призмы обеспечить равномерное распределение продукта.


Единственный выход – плотное прижатие одновременно по всей площади призмы


 

принцип работы рефрактометра


Для этих целей в рефрактометре предусмотрено защитное стекло, на шарнире, гладкой поверхностью опускающееся на призму и сжимающее исследуемый слой.

Остатки раствора, вытекающие за пределы зоны измерения, удаляются ветошью.

Устройство рефрактометра таково, что все конструктивные элементы подогнаны тщательным образом и при каждом измерении достигается одна и та же толщина, а значит и высокая повторяемость результата.


В связи с этим отметим 3 важных момента.

Стекло предназначено не только для выполнения функции дозатора, но и защищает поверхность оптики от царапин и повреждений при хранении и перевозке.

Как только стеклышко прижимается к раствору, образуется еще одна граница сред, на которой действует закон рефракции.

Следовательно свет проникает в рефрактометр по следующему пути:

“окружающий воздух” ➜ “защитное стекло” ➜ “оптика” ➜ внутренняя полость, где луч продолжает свое движение.

Как видим, световой поток преломляется 3 раза


Получается такой слоеный "оптический пирог".

Вывод – если защитное стекло не прижато,

  • не обеспечивается стабильность толщины пленки раствора;
  • “исчезает” еще одна граница сред, значит луч отклонится на другой угол, и доверять результатам нельзя.

Толщина слоя исчисляется сотыми долями миллиметра. В совокупности с прецизионной оптикой и механикой измерительного прибора вывод очевиден – разбирать рефрактометр, подкручивать, видоизменять не стоит – потом можно и не возвратить первоначальные настройки.

Теперь по поводу температуры.

Рефрактометры снабжены функцией АТС (автоматическая температурная компенсация).

В идеальных условиях измерения следует проводить при температуре 20°С, но понятно, что выдержать с точностью до градуса этот показатель не возможно – не смотреть же каждый раз на термогигрометр, дожидаясь удобного повода.

Да и не нужно – внутри встроен “корректор” – биметаллическая пластина, меняющая оптические характеристики рефрактометра в зависимости от температуры.

А почему отклоняется луч на каждой из границы сред ?

 

При попадании света в материал с иной оптической плотностью (или проницаемостью), меняется скорость, что влечет изменение угла.

Интересно, что “природный рефрактометр” есть и в океанских глубинах, где перемежаются соленые слои разной плотности.
Конечно, до тех пор, пока свет способен проникать вглубь и не исчезает в пучине.

Соленость может измерить рефрактометр для соли, своеобразный аналоговый солемер.

Кстати на этом примере рассмотрим, насколько рефрактометры выгодны по сравнению с лабораторным анализом.

Чтобы определить содержание соли, традиционно используется метод выпаривания и взвешивания.

Но в домашних или полевых условиях способ не применим:

  1. Длительный. Потребуются десятки минут, а ручной рефрактометр осуществляет оперативный анализ после нанесения пробы мгновенно.
  2. Затратный. Речь идет как о лабораторной посуде, весах, горелке, так и расходных материалах и энергии. Рефрактометры – "экономичные" измерительные приборы, не нуждающиеся в источниках питания. Даже батарейки не нужны, как например для тех же пирометров, шумомеров или лазерных дальномеров.
  3. Портативность. Громоздкий и тяжелый комплект оборудования с собой не возьмешь например в сад, или на пасеку. Да и розетки там нет. И ставить негде.

По этим же трем причинам к примеру, популярны влагомеры зерна.

Стандартный способ определения влажности требует взвешивания лабораторными весами, размола мельницей, просушкой при температуре выше 100 °С в сушильном шкафу.

А переносной влагомер работает по принципу – насыпал зерна в камеру, подождал 30 секунд, и получил значение влажности на дисплее.

нитраттестер для определения уровня нитратов в овощах и фруктах


По минимальным затратам времени на подготовку проб для исследования, скорости измерения и мобильности, к рефрактометру очень близок и бытовой нитратомер, например от продвинутых брендов на рынке приборов для измерения нитратов Greentest или Соэкс.

Более того, нитраттестерам даже не нужно готовить жидкую пробу – погрузил щуп в арбуз, банан или яблоко (а всего нитратомеры рассчитаны на более чем 50 видов продуктов !) и получил за минуту результат.

А как получить образец для исследования рефрактометром ?

С чистым раствором соли или сахара все понятно. “Накапал”, накрыл стеклом и измеряй.

А сок ?
Придется выжать из соответствующего фрукта немного жидкости.
Желательно предварительно разрезать ножом. Соковыжималка тоже подойдет.

Так и хочется сказать – как мало рефрактометру надо !
Слой то как мы выяснили тонкий, а значит вес образца исчисляется миллиграммами.

комплект поставки рефрактометра


Здесь важнее другое – фрукты и соки различаются по концентрации в разы.

Поэтому необходимо заранее получить информацию (все есть в интернете), о том какая степень сладости выращиваемых плодов, и купить рефрактометр на соответствующий диапазон.

Поскольку в продаже представлены рефрактометры на 5, 10 18, 32 и более %.

А что покажет прибор, если не будет раствора на поверхности призмы ?

 

Когда рефрактометр работает “вхолостую”, без помещенного вещества, свет все равно проходит свой путь.
Только световая линия попадает в "молоко", за пределы шкалы, как начинающий снайпер бьет за пределы мишени.

Кстати мы упомянули молоко в переносном смысле, а можно и в прямом.
Поскольку приемщики, молокозаводы, могут купить рефрактометр для молока, который определяет сухой молочный остаток.

 

Что такое калибровка рефрактометра ?

 

Функцию калибровки имеют и другие измерительные приборы: бытовые нитрат-тестеры, некоторые СВЧ влагомеры для древесины.

Суть процедуры – "вывести" прибор на первоначальные нулевые показания.

Если начать измерять, без калибровки, погрешность увеличится, поскольку световая линия на шкале “уйдет” и например вместо 5 % концентрации мы получим целых 7%.

как калибровать рефрактометр ?


Для калибровки требуется эталонная жидкость – в зависимости от модели это масло, дистиллированная вода и т.д.

В комплект поставки входит миниатюрная отвертка, вращающая винт, пока линия не установится в нулевое положение.

После этого можно измерять.



Рефрактометры могут имеет несколько шкал:

  • для меда (влажность + содержание сахара);
  • для вина (содержание спирта + сахара).

Это факт дает ответ на иногда возникающий вопрос.

Подойдет ли к примеру, рефрактометр для меда для определения плотности антифриза или алкоголя в пиве или вине ?

Приборы только по внешнему виду похожи, а вот оптические характеристики и соответственно шкалы различны.

Так что каждому продукту – свой рефрактометр…

11 Февраля 2018 632 0
Похожие посты
Фильтр
Найдено 5 
Подтвердите
Для того, что бы добавить товар в список желаний, Вам нужно