В различных отраслях промышленности при проведении каких-либо исследований, определении физико-химических параметров веществ или контроле качества готовой продукции необходимо знание показателя преломления света. Для этих целей существует специальный оптический прибор – рефрактометр.
Название этого прибора произошло от термина «рефракция» (лат. «refractus» – преломленный), веденного в научную сферу Ньютоном в начале 18 века.
Рефрактометр анализирует степень отклонения луча света от прямолинейного направления при переходе из одного вещества в другое. Соотношение угла вхождения луча и угла его преломления на границе раздела двух сред называется коэффициентом преломления.
Этот показатель возрастает пропорционально увеличению плотности субстанции. Относительный «вес» образца рефрактометр определяет в сравнении с дистиллированной водой (с ее помощью прибор предварительно откалибровывают).
Конструкция ручного рефрактометра
Основным оптическим компонентом рефрактометра, на который наносится исследуемое вещество, является главная призма. Она изготавливается из материала с высоким показателем преломления, поэтому луч света, проходящий через нее, отклоняется под большим углом. Через систему линз он проникает на шкалу, которая представляет собой градуированную окружность.
Некоторые модели рефрактометров учитывают также влияние температуры: внутри их корпуса расположена биметаллическая пластина, соединенная с другими компонентами. В разных термических условиях она сжимается или растягивается, плавно передвигая оптическую систему. Таким образом влияние температуры на коэффициент преломления компенсируется.
Функция АТС (Automatic Temperature Compensation System) в рефрактометрах крайне желательна, так как в противном случае полученные значения придется пересчитывать в зависимости от температуры окружающей среды с помощью специальных таблиц.
Типы рефрактометров
Современные приборы для рефракции подразделяются на:
- Промышленные
- Лабораторные
- Портативные (ручные, цифровые)
Промышленные и лабораторные рефрактометры имеют достаточно большие размеры, поэтому устанавливаются, как правило, стационарно. С их помощью проводят исследования различных веществ и контролируют технологические процессы на производствах. Такие приборы характеризуются высокой точностью и сложностью.
Калибровка рефрактометра
Портативные рефрактометры используются для оперативных измерений в лабораторных, производственных или полевых условиях.
Цифровые приборы оснащены жидкокристаллическими экранами, на которые выводятся результаты измерений. Как правило, они обладаю множеством дополнительных функций, в числе которых возможность измерять коэффициент преломления вместе с плотностью вещества, применение различных единиц измерения, учит температуры и пр.
Ручные рефрактометры – наиболее компактные и простые в эксплуатации устройства. Они не содержат электронных схем и элементов питания, могут использоваться как на производстве, так и в домашних условиях. Благодаря точности, удобству и приемлемой цене ручные приборы приобрели широкую популярность.
Калибровка и подготовка рефрактометра к использованию
Перед использованием рефрактометра его необходимо откалибровать. Некоторые модели требуют для этого специальную жидкость, однако основная масса может быть откалибрована с помощью дистиллированной воды.
Рассмотрим последний способ подробнее.
Если посмотреть в окуляр любого рефрактометра без калибровочной жидкости, его шкала будет окрашена только в синий цвет (рис. 1).
Для калибровки прибора на главную призму наносятся 2-3 капли дистиллированной воды (удобно делать это пипеткой). После закрытия защитного стекла вода должна равномерно распределиться по всей поверхности призмы – без пузырьков воздуха и сухих мест.
Через 30 секунд, достаточных для того, чтобы образец адаптировался к температуре окружающей среды, рефрактометр направляется в сторону естественного дневного освещения (флюоресцентное не допускается). В окуляре при этом отображается шкала с участками синего и белого цветов (рис. 2).
Основная задача калибровки состоит в том, чтобы достичь совпадения границ этих двух участков в отметке 0.0 (рис. 3) с помощью регуляции калибровочного винта.
Как правильно использовать рефрактометр для максимальной точностиПосле окончания настройки призма аккуратно протирается мягкой тканью.
Сферы применения рефрактометра
Рефрактометры широко применяются в различных отраслях промышленности для определения концентрации веществ в каких-либо средах.
Например, в химической сфере эти приборы используются для измерения содержания в растворах кислот, солей металлов, спиртов, гликолей, аминов, фунгицидов и пр. Ими же контролируют степень полимеризации синтетических смол и пластмасс.
На предприятиях, производящих текстиль, рефрактометры применяются для определения концентрации прядильных растворов, растворов капролактама, поликарбонатов.
В пищевой промышленности ими измеряют сахаристость и качество безалкогольных напитков, крепость и плотность алкогольной продукции, с их помощью анализируют состав соусов, сиропов, джемов, детского питания, молочных продуктов.
В газовой и нефтяной промышленности рефрактометры используются для определения концентрации водной смеси моноэтиленгликоля в природном газе, анализа состав масел, смазок и охлаждающих жидкостей.
На предприятиях, производящих канцелярские изделия, рефрактометрами измеряется концентрация крахмалов и других сухих веществ в клеящих составах.
В фармацевтике эти приборы применяются при изготовлении витамина С – для определения концентрации аскорбиновой и цетогулоновой кислот. Им же контролируется чистота синтезированных веществ, а также качество лекарственных препаратов.
Газовые интерференционные рефрактометры используются для анализа состава воздуха с целью обнаружения возможных утечек горючих газов.
Принцип работы рефрактометраРучной рефрактометр является универсальным вспомогательным средством для простого и быстрого определения концентрации водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей.
Кроме того, этот прибор позволяет выявить степень загрязненности эмульсий посторонними маслами, смазками и другими субстанциями. Таким образом предупреждаются возможные нарушения рабочего процесса.
На загрязненность СОЖ указывает размытая световая полоса на шкале рефрактометра.
С точки зрения технологических параметров наиболее удобным для большинства металлообрабатывающих предприятий являются рефрактометры для СОЖ со шкалой 0-20 % Brix. Они имеют компактный размер и могут легко использоваться даже в малых пространствах.
Для качественного анализа СОЖ этим прибором достаточно 2-3 капель эмульсии. Простая калибровка призмы и окуляра обеспечивают точность и воспроизводимость измерений.
Благодаря автоматической компенсации температуры в диапазоне 10…30 °C корректировать полученные значения не потребуется.
Скрытый калибровочный винт препятствует непреднамеренной регулировке рефрактометра во время его использования. Двойное соединение на пластине дневного света гарантирует точность ее установки.
Правила пользования рефрактометром
Качество измерений зависит от правильной и аккуратной калибровки прибора. Разница температур окружающей среды и образца негативно влияют на точность показаний, поэтому перед их снятием необходимо подождать около 30 секунд, как это описано выше.
Температура воздуха при калибровке в идеале должна составлять около +20° C. Однако, если устройство оснащено системой ATC, любая температура будет компенсирована.
Рефрактометр нельзя опускать в воду, так как попадание большого количества жидкости внутрь прибора может привести к затуманиванию шкалы.
Не следует измерять жесткие, абразивные и коррозионно-активные вещества (химикаты и т.п.), так как они могут повредить покрытие призмы.
Очищать инструмент необходимо мягкой тканью после каждого использования. Загрязнения на призме могут привести к ошибкам при измерениях.
Как и любой другой оптический прибор, рефрактометр требует осторожного обращения и хранения – только в таком случае он будет исправно работать много лет.
Рефрактометрический анализ основан на измерении показателя преломления жидкого анализируемого вещества (или его раствора). Луч света, проходя из одной прозрачной среды (воздух) в другую (жидкость), падая наклонно к поверхности раздела фаз, меняет свое первоначальное направление, т.е. преломляется (рис. 117). Отношение синуса угла падения a к синусу угла преломления b является постоянной величиной для данных двух сред и называется показателем преломления среды II по отношению к среде I (средой I обычно является воздух):
Показатель преломления n является характерной величиной для каждого индивидуального вещества, он зависит от длины волны падающего света, температуры, давления и концентрации (если это раствор).
При некотором угле падения угол преломления может оказаться равным 90° (sinb = 1); в этом случае преломленный луч света будет скользить по поверхности раздела сред. Угол падения луча, при котором наблюдается это явление, называется лучом полного внутреннего отражения.
Зная этот угол, можно определить показатель преломления данного вещества. Явление полного внутреннего отражения лежит в основе одного из методов определения показателя преломления с помощью специальных приборов — рефрактометров.
Основной частью любого рефрактометра являются две призмы, между которыми помещают слой анализируемой жидкости. Пучок света проходит через первую призму, затем, преломившись в слое исследуемой жидкости, претерпевает полное внутреннее отражение от поверхности второй призмы. Линия, ограничивающая область полного внутреннего отражения, представляет собой границу света и тени и наблюдается через окуляр прибора.
Рефрактометрический метод широко применяется для идентификации и определения чистоты многих органических веществ, а также для количественного анализа растворов. Для проведения количественных определений по показателю преломления предварительно строят градуировочный график.
Рефрактометр РЛ и работа с ним
Рефрактометр лабораторный является наиболее простым по устройству и обращению (рис. 118). К штативу рефрактометра на изогнутой ручке прикреплено вогнутое зеркало 8, с помощью которого луч света направляют на окошко призмы. Для проверки нулевой точки прибора (по дистиллированной воде) наносят пипеткой 1-2 капли воды на полированную поверхность измерительной (нижней) призмы, опускают и закрепляют винтом верхнюю призму, затем устанавливают окуляр прибора на резкость (вдвигая или выдвигая его) по глазам наблюдателя. Если нулевая точка смещена (показатель преломления воды равен 1,3330 при 20°С), то через люк 7 ключом подвинчивают регулировочный винт так, чтобы шкала показывала точно значение 1,3330.
Нижнюю призму тщательно протирают фильтровальной бумагой и на нее наносят 1-2 капли исследуемой жидкости, опускают верхнюю призму и производят отсчет показателя преломления. Через окуляр 4 виден участок шкалы 6. На шкале 6 нанесены значения показателя преломления в интервале от 1,300 до 1,540. Окуляр направляют так, чтобы видимая граница раздела между светлой и темной частями поля зрения совпала с тремя метками, нанесенными по диаметру окуляра. Если пограничная линия размыта и окрашена в разные радужные цвета, отсчет по шкале прибора производить нельзя. С помощью ручки винта-компенсатора 3 добиваются четкой границы раздела между светлой и темной частью поля зрения.
По окончании измерений призмы следует промыть дистиллированной водой, этанолом, тщательно протереть фильтровальной бумагой или фланелью, не допуская царапин на поверхностях призм. Нельзя трогать призмы руками во избежание загрязнения.
По показателю преломления определяют чистоту многих органических веществ — бензина, бензола, толуола, ксилола, глицерина и др., а также чистоту масел — льняного, хлопкового, тунгового, деревянного. Содержание глицерина, сахара и других веществ в растворах определяют по градуировочному графику.
Рефрактометр Аббе
Имеет шкалу для отсчета показателя преломления от 1,300 до 1,700. Измерения могут проводиться в проходящем и в отраженном свете. Главными узлами рефрактометра (рис. 119) являются призменный блок 3, установочная лупа 1 и стеклянный лимб с отсчетным микроскопом 5.
Призменный блок состоит из двух призм (измерительной и осветительной), на поверхности которых тонким слоем распределяется анализируемая жидкость (около 0,05 мл). Призменный блок может быть нормальным или оснащенным проточным приспособлением. Проточный призменный блок предназначается для анализа непрерывно протекающих жидкостей, в том числе и легколетучих. В проточном блоке над поверхностью измерительной призмы имеется узкий промежуток, через который и протекает анализируемая жидкость. Призменный блок термостатируется. Блок имеет собственный источник света (на 6 В и 1,8 Вт), закрепленный зажимным патроном перед измерительной призмой для измерений в проходящем или отраженном свете. Нормальный призменный блок 3 применяется для анализа отдельных проб жидкостей, а также твердых и пластических веществ.
Установочная лупа 1 служит для наблюдения за предельной линией полного внутреннего отражения. Встроенный в ней компенсатор — призма Амичи — используется для устранения цветной каемки вдоль предельной линии и получения четкого изображения этой линии. В окуляре отсчетного микроскопа, связанного с установочной лупой, видны деления для отсчета показателя преломления. Поле зрения окуляра освещается дневным светом или светом от лампы накаливания через зеркало, установленное на призменном блоке.
При измерении в проходящем свете световой поток падает в осветительную призму через зеркало 6 или непосредственно от источника света, установленного на призменном блоке, проходит через пробу анализируемого вещества и попадает в измерительную призму. Затем свет поступает в установочную лупу. При измерении в отраженном свете он падает непосредственно в измерительную призму, затем отражается от смоченной пробой поверхности измерительной призмы и попадает в установочную лупу.
При измерениях в обоих случаях в поле зрения окуляра установочной лупы наблюдается светлое и темное поля (рис. 120). Линия раздела между обоими полями соответствует углу полного внутреннего отражения. При измерении в проходящем свете достигается большая контрастность светлого и темного полей; при измерении в отраженном свете оба поля менее контрастны. При освещении белым светом линия раздела сначала получается с цветной каемкой. Эта каемка устраняется вращением маховичка 2 (см. рис. 119) дисперсионного компенсатора. Вращением маховичка 4 устанавливают полученную бесцветную линию на точку пересечения крестовины. При этом одновременно поворачивается лимб. Через микроскоп делают отсчет показателя преломления или содержания сухого вещества в исследуемом растворе, например на рис. 121:
Мутные жидкости, пластические вещества, а также сильно окрашенные жидкости можно измерять только в отраженном свете.
С помощью рефрактометра Аббе определяют концентрацию растворов и проводят испытание жидкостей на чистоту, контроль шлифов, пластичных и твердых веществ. Им можно исследовать водные, спиртовые, эфирные и другие растворы; масла и воски; фруктовые соки, сиропы, сахарные растворы; жиры, растительные масла, настойки, напитки, смолы и пластмассы. Выпускается в СССР и в ГДР.
Рефрактометр Пульфриха PR-2
Интервал измеряемых значений показателя преломления от 1,29 до 1,86. Прибор имеет комплексное оборудование, позволяющее проводить измерение показателя преломления в зависимости от длины волны в видимой области спектра.
На основании прибора 14 (рис. 122) находится осветитель 1 с блоком питания, призменный цоколь для установки измерительной призмы 6 и измерительное устройство 9.
В осветителе размещены три спектральные лампы с соответствующими блоками питания: ртутная лампа высокого давления HgE/2, гелиевая спектральная трубка и водородная трубка (гейслеровская трубка). Лампы по выбору можно включать переключателем 22. Вращающимся диском 23, находящимся на той же оси, приводят в действие приспособление для смены светофильтров. На выходном объективе 19 осветителя имеется цветной светофильтр (синее стекло).
Для смены ламп снимают кожух 4. Юстировку ламп производят с помощью юстировочных винтов 2 и 3. На основании прибора находится главный выключатель питания 21, включатель ртутной лампы 20 и кнопка 18 для кратковременного включения гейслеровских трубок, обеспечивающих максимальную интенсивность излучения. При включенных главном выключателе 21 и выключателе 20 ртутная лампа HgE/2 работает в постоянном режиме. Гейслеровские трубки, наоборот, горят только тогда, когда переключатель 22 установлен на соответствующую трубку. Этот простой метод предупреждает скорый износ гейслеровских трубок.
В призменном цоколе установлена измерительная призма б, под которую помещают исследуемую жидкость или тонкую пластинку исследуемого стекла, предназначенная для измерения рефракции. Призма термостатируется. Для этого к обеим выходным трубкам подключается термостат, обеспечивающий циркуляцию термостатирующей воды через призменную оправу. По термометру со шкалой от 0 до 50 °С с интервалом в 0,1 °С можно считывать температуру с точностью до 0,05 °С.
Измерительное устройство содержит зрительную трубу 8, лимб с соответствующими измерительными шкалами и автоколлимационное устройство. Зрительная труба изображает предельную линию, т.е. щель в фокальной плоскости объектива зрительной трубы. В поле зрения рефрактометра находятся измерительные метки в виде штрихов и перекрестьев (рис. 123). Измерительные метки используются для установки измерительного критерия (предельной линии или изображения щели). Перекрестье предпочтительно для измерения предельной линии.
Объектив и измерительная метка зрительной трубы, связанные друг с другом, вращаются. Зрительную трубу поворачивают с помощью Маховичка 13 (см. рис. 122); встроенный механизм точной наводки позволяет чувствительно устанавливать предельную линию или изображение щели.
Измерительные шкалы в приборе освещаются лампой накаливания на 6 В, 5 Вт. В зрительную трубу 8 наблюдают лимб, жестко с ней связанный. Шкала лимба имеет деления в целых градусах в интервале от 15 до 100 °С. С помощью рукоятки 11 совмещают шкалу в целых градусах с нулевым делением вспомогательной минутной шкалы и доли минут отсчитывают по этой шкале. Минутная шкала имеет деления по 0,05′, на глаз отсчет производят до 0,01′.
В приборе имеется автоколлимационное устройство (выключатель 10); оно позволяет удобно юстировать измерительную призму и проверять ее положение во время серийных измерений.
Рефрактометр Пульфриха применяют для измерения показателя преломления оптических и цветных стекол, пластмассовых пластинок, порошков, различных органических жидкостей и водных растворов. Прибор является наиболее точным и надежным.
Погружной рефрактометр
Погружной рефрактометр (рис. 124) применяется для измерения показателя преломления в интервале от 1,32539 до 1,64700 с использованием десяти погружных измерительных призм. Измерительную призму погружают непосредственно в исследуемую жидкость.
Источником света является обычная лампа накаливания в 40 Вт. При работе с погружными призмами обычно достаточно дневного освещения. Выходящий из жидкости скользящий свет проходит через погружную призму 1, затем проходит по очереди через компенсатор 2, объектив 3, носитель шкалы 5 и окуляр 7. Поле зрения разделено на два поля различной освещенности. При использовании немонохроматического света линия раздела поля может иметь цветную каемку, которая устраняется вращением накатного кольца компенсатора 4. Если вещество вызывает большое рассеяние света, то с помощью компенсатора не удается получить совершенно бесцветную линию раздела; в этом случае необходимо пользоваться натриевым источником света. Положение линии раздела определяют по шкале.
Микрометрическим винтом 6 совмещают меньшее деление оптической шкалы с линией раздела и отсчитывают десятые доли деления по шкале барабана микрометрического винта 6.
Призму для измерений подбирают по показателю преломления исследуемой жидкости. Для исследования водных, спиртовых и эфирных растворов относительно малой концентрации пользуются погружной призмой Е-1 (для показателя преломления в интервале от 1,3254 до 1,3664). Для спиртовых и эфирных растворов с более высоким показателем преломления, а также для масел пользуются погружными призмами Е-2 — Е-10 (с показателем преломления в интервале от 1,3642 до 1,6470). Пробы жидкости помещают в стеклянные стаканчики устройства для термостатирования (рис. 125).
Для экспрессных анализов и измерений при повышенных температурах применяют термопризмы. Они представляют собой двойные призмы, состоящие из измерительной и осветительной призм; интервал измерения их соответствует интервалу измерения погружных призм. При работе с термопризмами достаточно нескольких капель исследуемой жидкости, которые наносят на рабочие поверхности двойной призмы. Термопризмы позволяют проводить измерение при температуре до 50°С.
К рефрактометру прилагается приспособление с проточной погружной призмой для исследования непрерывно протекающих жидкостей. Она легко устанавливается и легко снимается с рефрактометра. Выпускается в ГДР.
3966Содержание статьи:Для чего проводитсяНормы рефрактометрииПоказания и противопоказанияПодготовка к рефрактометрииРефрактометр ХартингераКомпьютерный рефрактометрПроведение рефрактометрииРасшифровка показателейВозможные осложненияМножество людей в своей жизни сталкиваются, или хотя бы отдаленно слышат о таких понятиях как дальнозоркость, близорукость или астигматизм. Все они являются терминами, которые описывают различные нарушения зрения, связанные с рефрактерной способностью глаза. Определить их наличие и выявить степень прогрессирования помогает специальное обследование — рефрактометрия. Рефракция — это способность преломлять лучи света. Глаз собой представляет систему оптических сред, в которой базовыми преломляющими компонентами выступают хрусталик и роговица. Чтобы рефракция была полноценной, все среды внутри него должны быть оптически прозрачными.
Нормальная рефракция называется эмметропией. При ней изображение формируется, как положено, на сетчатке. Есть и аномальная рефракция — аметропия. Она представляет собой нарушение преломляющей способности глаза и приводит к таким патологиям, как:
- Близорукость, при которой формирование увиденного происходит перед сетчаткой.
- Астигматизм. При нём лучи света не сходятся в точку, из-за чего изображение формируется неверно.
- Пресбиопия. Нарушение, которое развивается у людей старшего возраста, связанное с невозможностью фокусировать зрение на мелких предметах.
Рефрактометрия базируются на том, чтобы фокусировка лучей соотносилась со степенью преломления, чтобы выявлять его нарушения. Максимально точной считается компьютерная диагностика, поскольку в таком случае анализ лучей, отраженных от сетчатки происходит автоматически, что позволяет практически полностью избежать погрешностей.
Для чего проводится
Обычно процедура проводится по медицинским показаниям, которые выявляются на анализах лазерной коррекции. Также рефрактометрия может быть назначена перед операцией, если необходимо проведение соответствующих исследований и серьезном ухудшении зрения без видимой причины.
Нормы рефрактометрии
У около половины людей в молодом возрасте выявляется нормальная рефракция. У остальных, в основном, миопия. С возрастом показатели ухудшаются, что связано с изменениями хрусталика. В этот период все чаще начинает встречаться пресбиопия. Чаще всего выделяют такие показатели рефракции: Сфера (sph) сферический компонент, имеющий положительный или отрицательный результат. Первый говорит от дальнозоркости, второй — о близорукости. В норме эта величина соответствует значению от -1 до +1.
Ось (axis) и цилиндр (cyl). Эти параметры относятся к установлению астигматизма (без его наличия они не имеют смысла). Cyl определяет, нужную для корректировки линзу. Axis показывает угол, при котором она должна быть выставлена.
Показания и противопоказания
Рефрактометрия назначается в таких случаях:
- в послеоперационный период для оценки результатов.
В отдельных случаях процедура является противопоказанной.
Рефрактометрия не проводится, если:
- Имеется помутнение хрусталика — катаракта. Заболевание преимущественно встречается у людей в пожилом возрасте.
- При алкогольном опьянении у пациента, нахождении под действием наркотических препаратов, серьезных психических расстройствах.
Подготовка к рефрактометрии
За 3 дня до процедуры врач может назначить Атропин. Он представляет собой лекарство, способствующее расширению зрачка. Атропин капают в глаза дважды в сутки, дозировка зависит от возраста и определяется врачом. Обязательно перед назначением делается аллергопроба.
Стандартной дозировкой атропина считается следующая:
- детям после 3 лет- 1% раствор.
Самостоятельно назначать себе капли строго воспрещается, подобное самолечение может привести к проблемам со зрением.За 2 дня до обследования не стоит употреблять спиртные напитки.
Рефрактометр Хартингера
Для отчёта имеется две шкалы:
- диоптрийная — указывает на рефракцию глаза в нем.
Компьютерный рефрактометр
Современные авторефрактометры поддерживают измерение дополнительных параметров и учет различных нарушение, таких как асимметрия лица или маленький диаметр зрачка, позволяющих значительно снизить погрешность компьютерного рефрактометра.
Проведение рефрактометрии
Изображения в современных рефрактометрах бывают разные, в том числе и картинки, рассчитанные для определения преломляющей способности глаза у детей. Врач направляет прибор и фокусирует изображение в центр зрачка и проводит измерения.
Расшифровка показателей
Данные могут выдаваться в компьютерном или ручном режиме в зависимости от того, какой рефрактометр используется. Поскольку на сегодняшний день чаще всего применяется первый тип, то данные представляются в виде распечатки с такими записями:
- R1, R — цифровые значения радиуса кривизны роговицы, в ее меридианах (максимальном и минимальном).
Возможные осложнения
Обследование не является болезненным, продолжается недолго и считается абсолютно безопасным. Даже если не проводится лечение имеющихся проблем, рефрактометрия помогает более точно подобрать очки для коррекции зрения.
Отзывы:Поделитесь:Используемые источники:
- https://atf.ru/articles/obzory/refraktometr-ustroystvo-naznachenie-sfery-primeneniya/
- http://www.spec-kniga.ru/obuchenie/laboratornaya-tekhnika-himicheskogo-analiza/opticheskie-metody-analiza-refraktometriya.html
- https://oftalmologiya.info/diagnostika/158-refraktometriya-glaza.html
Загрузка...
Руководство к швейной машине Подольск 142: как настроить и ремонтировать
Как сделать креативные фотографии с помощью хрустальной призмы для спецэффектов
Рассчёт плотности для рефрактометра
Онлайн конвертер Brix-Specific Gravity