کاربرد دستگاه رفراکتومتر

آشنایی با دستگاه رفراکتومتر

دستگاه رفرکتومتر کاربرد زیادی در صنایع گوناگون دارد. به عنوان مثال براي اندازه‌گيري غلظت نمك طعام در حوضچه‌هاي پرورش ماهي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در صنایع غذایی نیز این دستگاه کاربرد بسیار زیادی دارد مثلا در کارخانه های قند برای تعیین بریکس محلول قند مورد استفاده قرار می گیرد. در پزشکی برای پی بردن به میزان اوره و پروتئین خون، میزان نمک موجود در آن و غلظت مایعات استفاده می شود و مهم‌ترین کاربرد آن تعیین غلظت Urine در آزمایشگاه است.

بریکس واحدی است که بیان کننده مقدار ذرات جامد موجود در یک محلول است و اصولا به غلظت و ویسکوزیته وابسته است.

اساس کار رفرکتومتر در تابش نور به شرط تکفام بودن آن و هدایت آن به سمت محلول مورد نظر و عبور آن است که چون این دو محیط با هم تفاوت دارند ، نور شکسته شده و با ضریب شکست محدود قابل دریافت است. میزان شکست نور مانند اثر انگشت برای محلول‌های با غلظت یکسان و در دما فشار برابر منحصر به فرد است. درون رفرکتومتر خط نوری دیده می شود که با منشورها و لنزهای مختلف به وجود می آید. این خط نور با کمک عدسی سر دوربین توسط کاربر قابل مشاهده است.

در دستگاه رفركتومتر نور از محيط رقيق وارد محیط غليظ مي شود. که محيط رقيق، مايع يا محلول موردنظر و محيط غليظ، منشور دستگاه است. در واقع، در عمل، ضريب شكست محلول و منشور نسبت به هم سنجيده مي شود:

 Nضریب شکست محیط غلیظ، n ضریب شکست رقیق و i و r به ترتیب زوایای تابش و شکست هستند. در رفرکتومتری زاویه شکست بحرانی (حد) اندازه گیری می شود یعنی زماني كه زاويه تابش 90شود.
رابطه بین ضریب شکست و غلظت تا حدود 2-10 یک رابطه خطی است که بر اساس همان می توان با تایید ضریب شکست یک محلول غلظت آن‌را با استفاده از نمودار خطی در فاصله حدود 2-10 مولار بدست آورد.

ساختار رفرکتومتر:

دستگاه رفركتومتر از اجزاء و قسمت‌هاي زیر تشکیل شده است:
1. دو منشور که یکی انتشار دهنده Diffusing prism و دیگری شكست دهنده Refracting prism است. نمونه مورد نظر بین این دو منشور قرار مي گيرد. نور  مشخص وارد نمونه وارد منشور انتشار دهنده شده و تجزيه مي شود، اين نور با  مورد آزمایش شده و سپس به منشور Refracting مي رود. (ورود نور از محيط رقيق به غليظ). قبل از هر بار ريختن محلول، منشورها كاملا تميز شده و با مقدار كمي از محلول موردنظر، شستشو داده مي شود.
2. دو لنز که یکی لنز تصوير و دیگری لنز (n ضريب شكست) است.
3. ترمومتر: جهت تنظیم و گزارش دما
4.پیچ هایی جهت تنظیم تصویر

طراحی اولین نمونه از این دستگاه در اواخر دهه 1800 میلادی توسط ارنست آبه صورت گرفت. آن دستگاه شامل ترمومترهای توکار و حمام سیرکولاتورهای آب بودن که برای کنترل دمای دستگاه و مایعات استفاده می شد. پس از آن دستگاه‌ها مجهز به میکروسکوپ نیز شدند. امروزه این دستگاه در چهار نوع موجود است

رفرکتومتر دستی آنالوگ، رفراکتومتر رومیزی، رفراکتومتر دستی دیجیتال و رفرکتومتر آنلاین.

براي كاليبراسيون و تعيين ميزان خطاي دستگاه از مواد در دسترس مانند آب مقطر(n=1.3325) استفاده مي كنيم. در برخی رفرکتومترها نور از بین لایه نازکی از نمونه مایع عبور می کند.

نسل اولیه رفرکتومترها:

برای استفاده از این رفرکتومترها چند قطره از نمونه مورد نظر روی منشور قرار داده می شود. (در صورتی که این مقدار کم باشد دستیابی به نتیجه مطلوب سخت می‌شود و در صورت زیاد بودن ترشح مایع با اطراف منجر به آلودگی می شود). پس از محکم کردن منشور، لامپ مقابل آن قرار می گیرد. پس از شروع به کار کردن دستگاه می توان مقدار نوردهی عدسی ها را به کمک ناب موجود روی دستگاه تغییر داد. نتایج به صورت آنالوگ در این دستگاهها نشان داده می شود و باید همراه دما، به صورت دستی ثبت شود. پس از هر بار اندازه گیری باید دستگاه را برای تست بعدی تمیز کرد.

رفرکتومترهای نسل جدید:

بخش اپتیک این مدل مشابه رفرکتومترهای قدیمی تر است، عملکرد آن نیز مشابه است. هنگام نمونه دهی باید به اندازه ای استفاده شود که کاملا منشور را بپوشاند اما نه بیشتر. برای تنظیم کانون عدسی باز هم از ناب روی دستگاه استفاده می کنیم تا زمانی که علامت ضربدر واضح شود. (اگر تیره تر بود پادساعتگرد و اگر روشن تر بود ساعتگرد) سپس با فشار دادن دگمه READ مقدار ضریب شکست بر LED جلوی دستگاه نمایان می شود. در مدل های جدید تر توسط ترمومتری دما نیز اندازه گیری شده و همراه نتایج به صورت دیجیتال ثبت می‌شود.

در استفاده مداوم از این دستگاه مهم ترین مساله تمیز کردن دقیق آن است. گرد و غبار و ذرات ریز بزرگترین دشمن دقت اندازه گیری است. برای پرهیز از ساییده شدن صفحه شیشه ای منشورها بهتر است برای پاک کردن از گوی پنبه ای استفاده نموده و به آرامی گرد و غبار را بزدایید. سپس آن‌را با پنبه جدید و الکل شستشو دهید.

ضریب شکست مانند دانسیته ، نقطه ذوب و نقطه جوش یکی از ثابت های فیزیکی کلاسیک است که می تواند جهت توصیف یک گونه شیمیایی بکار رود . در حالیکه ضریب شکست یک خاصیت غیرویژه است ، ولی تعداد کمی از اجسام هستند که در یک طول موج و دمای معین ، ضرایب شکست یکسانی دارند ، بنابراین این خاصیت جهت تائید هویت یک ترکیب و تعیین خلوص آن مفید است . همچنین اندازه گیری ضریب شکست همراه با دیگر اندازه گیریها اطلاعاتی در مورد ساختمان و وزن مولکولی اجسام بدست می دهد .

امروزه رفراکتومتر در صنعت کاربرد زیادی پیدا کرده است ، بطوریکه از این دستگاه برای تعیین غلظت کربوهیدراتها ، گوگرد در لاستیک ، سیلیسیوم در شیشه های سیلیکاتی ، تخمین درجه سیرناشدگی روغنهای نباتی و همچنین تعیین درصد کربن در ترکیبات آلی و نفتی بکار می رود .

پدیده های روز مره شکست :

مشاهدات تجربی و آزمایشات نوری نشان می دهد که وقتی نور از یک محیط بر محیطی متفاوت از اولی می تابد مسیر اولی خودش را دنبال نمی کند:

• اگر در کنار استخر آب بیاستید قامت خود را در آب کج می بینید.

• اگریک نی را وارد یک لیوان آب بکنید و از بیرون به داخل لیوان نگاه کنید نی را خم شده حس می کنید.

• درختان کنار رودخانه در داخل آب تصویر کجی دارند.

• غواص های داخل آب باید از شکسته شدن مسیر نور در بین محیط ها با خبر باشند و الا ایستکاه اولیه خود را پیدانمی کنند. و هزاران پدیده دیگر.

چرا شکست اتفاق می افتد؟

انتشار نور در محیط ها به کمیات فیزیکی محیط ها وابسته است وقتی نور از محیطی با گذر دهی الکتریکی (e1) و تراوایی مغناطیسی (m1) به محیطی با گذر دهی الکتریکی (e2 ) و تراوایی مغناطیسی (m2) گذر می کند با یک کمیات فیزیکی محیطی جدیدی روبرو می شود و سرعت غیر یکسانی در این دو محیط دارد از طرفی تغییرات سرعت هم با کمیات محیط (e,m)در ارتباط هست هم با کمیت اصلی محیط ضریب شکست (n)در ارتباط هست.پس ضریب شکست که از کمیات مهم نوری به حساب می آید از محیطی به محیط دیگر تعییر می کند بنابراین سرعت و مسیر پرتو نیز تغییر خواهد کرد.