Rifrattometro

La luce può essere assorbita, trasmessa o riflessa dai materiali. Se un materiale cambia la sua composizione, ciò influisce anche sul suo comportamento rispetto alla luce. Con un rifrattometro è possibile determinare una di queste proprietà: la densità ottica, nota anche come indice di rifrazione.

Gli indici di rifrazione dei materiali trasparenti o debolmente assorbenti sono in genere superiori a 1 per la luce visibile e possono essere definiti come il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce nell'oggetto da esaminare. Altre condizioni fisiche prevalgono in materiali altamente assorbenti, come metalli e altri materiali elettricamente conduttivi. In questi casi, la luce, con lunghezze d'onda nel campo del visibile, può penetrare solo pochi nanometri.

Il rifrattometro viene spesso utilizzato per controllare la concentrazione di una miscela nota di sostanze. Con il rifrattometro analogico è possibile leggere il valore su una scala. Questa scala può essere impostata per un'unità di misura specifica a seconda dell'area di applicazione. Si possono visualizzare anche più scale adiacenti. Un rifrattometro digitale di solito indica il valore misurato come indice di rifrazione e in gradi Brix. Il grado Brix, o percentuale Brix, è un'unità di misura molto utilizzata nei rifrattometri. A differenza dell'indice di rifrazione, che viene visualizzato con almeno quattro cifre decimali, il valore Brix generalmente è sufficiente con o senza una cifra decimale. Ciò facilita sia la lettura che il confronto dei valori misurati. Anche se un grado Brix è definito come la percentuale di saccarosio in una soluzione acquosa di saccarosio, con una scala Brix possono essere controllati molti altri liquidi. A tal fine, vengono effettuate misure comparative con altri metodi per la rispettiva sostanza. Queste misurazioni comparative possono essere utilizzate anche per creare altre scale per applicazioni speciali.

Aree di utilizzzo del rifrattometro

Rifrattometro in agricoltura e produzione di alimenti
- La qualità del colostro per l'allevamento di vitelli attraverso il valore Brix
- Maturazione del raccolto della frutta attraverso il valore Brix
- Maturazione del raccolto, scadenza del miele attraverso il valore Brix o come percentuale del contenuto d'acqua
- Contenuto di sale delle acque minerali, di soluzioni alcaline per prodotti da forno, produzione di formaggio o per la conservazione di prodotti barbecue in percentuale o per mille
- Contenuto di zucchero nel mosto di birra
- Grado alcolico del vino in gradi Oechsle o come valore Brix
- Grado alcolico volumetrico dei liquori

Rifrattometro per industria e officine
- Concentrazione e punto di congelamento dei liquidi
- Concentrazione di detergenti
- Contenuto di cloro nei liquidi
- Densità specifica dei liquidi
- Contaminazione di liquidi operativi o acque reflue

Rifrattometro in medicina e farmacia
- Controllo dei liquidi corporei
- Controllo dell'igiene delle materie prime farmaceutiche e preparati

Tipi di rifrattometro: rifrattometro portatile, rifrattometro da banco o rifrattometro da processo
I rifrattometri possono essere suddivisi in diverse categorie: rifrattometro portatile, rifrattometro da banco e rifrattometro da processo. Se è richiesto un rifrattometro in laboratorio o in altra postazione di lavoro permanente e solo occasionalmente deve essere spostato, consigliamo un rifrattometro da banco. Questo tipo di rifrattometro offre funzioni aggiuntive come il controllo e la regolazione della temperatura del dispositivo e del campione, oppure un'interfaccia per la trasmissione dei valori a un computer o altri dispositivi. Se invece è previsto l'utilizzo del rifrattometro all'aperto o comunque fuori della sua postazione fissa, per misurare ad esempio il grado di maturazione dei frutti direttamente nel campo o per controllare refrigeranti o lubrificanti in diversi veicoli o macchine, il rifrattometro portatile sarà più adatto in quanto leggero e maneggevole.

Se si vuole utilizzare un rifrattometro per monitorare in modo continuo i valori in un processo, i fattori decisivi nella scelta del dispositivo sono le condizioni di misura e la forma di uscita dei valori misurati. Se non si è sicuri che i rifrattometri di processo offerti da noi siano adatti a una certa applicazione, può mettersi in contatto con il nostro ufficio tecnico per telefono o e-mail. Ci consentirà in questo modo di chiarire se possiamo offrire un rifrattometro per il tipo di applicazione di cui ha bisogno e che sia in grado di fornire i risultati della misurazione nella forma desiderata. Il rifrattometro per il controllo continuo del processo è un dispositivo da installazione fissa che trasmette i valori a un PC o una stazione di controllo. Ciò consente di monitorare e valutare in modo permanente i valori di misura. È possibile intervenire automaticamente nella sequenza del processo attivando valvole o interruttori tramite le uscite di commutazione quando si raggiungono i valori limite preimpostati. Se si desidera, è possibile registrare i valori in un datalogger aggiuntivo. I valori di misura possono essere visualizzati nelle unità di misura usuali per i materiali misurati frequentemente, sebbene sia possibile creare scale specifiche per i materiali da misurare.

Misurazione e compensazione della temperatura in un rifrattometro
Come molte altre proprietà del materiale, l'indice di rifrazione dipende dalla temperatura. L'influenza della temperatura sui risultati delle misurazioni può essere completamente compensata, anche su un semplice rifrattometro analogico portatile, incorporando componenti per la temperatura ambiente. Un rifrattometro con compensazione automatica della temperatura indica ATC sulla custodia. Un altro modo per tenere conto dell'influenza della temperatura è avere un rifrattometro con un collegamento termostatico (riscaldamento dell'acqua). Quando un rifrattometro non ha la funzione di compensazione della temperatura, sarà necessario misurare anche la temperatura. Una volta conosciuti il valore di misura e la temperatura, è possibile determinare il valore con l'aiuto di tabelle o programmi, tenendo presente che questo valore si applica a una temperatura di 20 ºC.

Precisione del rifrattometro
In un rifrattometro analogico con scala ottica, la precisione della lettura è molto importante per determinare il valore di misura. La precisione della lettura dipende non solo dall'esperienza dell'operatore, ma anche dalla risoluzione della scala e dalla disposizione dell'etichettatura. Un rifrattometro analogico può avere una precisione di ± 0,2% Brix. Un moderno rifrattometro portatile digitale dovrebbe essere in grado di fornire una precisione di ± 0,2% Brix o 0,0003 nD per l'indice di rifrazione. Strumenti di laboratorio di alta qualità e rifrattometri in linea raggiungono una precisione di ± 0,1% Brix o 0,00014 nD per l'indice di rifrazione.

Calibrazione del rifrattometro
PCE Instruments spedisce tutti i rifrattometri come nuovi strumenti regolati e calibrati. Il cliente può controllare il rifrattometro tra le misurazioni con il liquido di verifica indicato nel manuale di istruzioni ed eseguire un'azzeramento o una calibrazione. Se si eseguono misurazione in una sola parte del range, è possibile utilizzare fluidi di calibrazione speciali per quel particolare range. PCE Instruments offre anche una certificazione secondo lo standard UNI EN ISO 9001. Il rifrattometro è testato in un laboratorio con standard di riferimento (standard liquidi certificati). Il cliente riceve un certificato, che attesta l'accuratezza della misura del rifrattometro.

Scala indicatore e unità di misura del rifrattometro
Molti rifrattometri con display analogico hanno una scala in cui l'indice di rifrazione non appare a quattro cifre decimali, ma una divisione ed etichettatura della scala di misura particolarmente adatta alla rispettiva applicazione. Con un rifrattometro digitale, il valore di misura viene convertito internamente e visualizzato sullo schermo come valore numerico. Un'unità di visualizzazione ampiamente utilizzata è il grado Brix o percentuale Brix, definita dal contenuto di saccarosio. Esistono anche scale per altri zuccheri come destrano, fruttosio, glucosio, lattosio, maltosio, per contenuto di acqua nel miele, per contenuto di sale, per contenuto di cloro, per peso specifico, per il contenuto di urea, per la proporzione di antigelo a base di glicole etilenico o glicole propilenico e la protezione antigelo in gradi centigradi che si può ottenere con quello. Inoltre, ci sono alcune unità di misura specifiche per viticoltori e birrai come °Oechsle, °KMW (nota anche come scala di Babo), % vol. alc. (alcol percentuale in volume), °Baumé.

Anche i rifrattometri da banco e portatili possono essere dotati di scale multiple. Mostriamo qui di seguito esempi di più scale. Un rifrattometro misura il contenuto di sale, mentre il secondo rifrattometro misura il contenuto di antigelo.

Unità di misura Brix
Molti dei nostri rifrattometri indicano il valore in gradi Brix. Una soluzione ha 1 grado Brix (= 1% Brix), se ha la stessa densità di una soluzione di 1 g di saccarosio in 99 g di acqua e 10 gradi Brix (= 10% Brix) se la densità è uguale a 10 g di saccarosio in 90 g di acqua. In questo caso, il saccarosio serve come riferimento per il contenuto di zucchero. La misura della materia solida solubile in un liquido (e quindi il contenuto di zucchero approssimativo) è solitamente espressa in "gradi Brix" (º Brix). Così è possibile ottenere indirettamente un valore obiettivo sul grado di maturazione di un frutto. Alcuni standard di commercializzazione CE (ad esempio, per kiwi e meloni) stabiliscono che devono essere "sufficientemente maturi", nel senso che le normative stabiliscono determinati valori Brix. Questa unità di misura prende il nome da Adolf F. Brix, uno scienziato del 19° secolo, che ha sviluppato questa calibrazione nel 1870 per determinare il contenuto di zucchero nei liquidi. Gli standard di commercializzazione CE per kiwi, meloni e angurie affermano esplicitamente che per determinare il grado di maturazione del frutto deve essere utilizzato un rifrattometro.

Conversione dei valori Brix
Se è stato scelto il rifrattometro giusto, ma è necessario un valore diverso da quello visualizzato, è possibile ottenerlo da tabelle o calcolarlo attraverso formule. In certi casi è consigliabile determinare i fatti di conversione utilizzando le misurazioni di riferimento.

Supponiamo che il risultato di una misurazione sia 12,9% Brix. In tal caso, fare della stessa sostanza un campione essiccato in una camera di essiccazione o un'analisi chimica in laboratorio. Supponiamo che il risultato in questo esempio sia l'8,2% di materia solida. Dividere entrambi i risultati (12,9 per 8,2). Il risultato è 1,57. Ora ha la correlazione tra il rifrattometro e il risultato di laboratorio. Quando si misura con il rifrattometro in un processo o in loco durante la visita di un cliente, è sufficiente dividere il valore di misura per 1,57 e si otterrà il valore effettivo dal laboratorio.

Determinazione del grado di alcol potenziale del mosto d'uva a partire dal valore Brix
Anche un semplice rifrattometro portatile con l'unità di misura °Brix può determinare indirettamente il potenziale contenuto di alcol. Maggiore è il contenuto di zucchero di un mosto, maggiore è la sua densità. Ciò implica che il raggio di luce ha una velocità inferiore e viene deviato. La forza di questa deviazione dipende dalla concentrazione di zucchero e altre sostanze solubili. Se la concentrazione aumenta, i raggi luminosi incidenti deviano ulteriormente dalla loro direzione originale. Tenere presente che la temperatura influenza la misura. Se il rifrattometro utilizzato non è compensato in temperatura, la temperatura deve essere misurata separatamente e il corrispondente valore misurato per 20 °C deve essere preso dalle tabelle. La temperatura del campione deve essere compresa tra 20 °C e 30 °C. Prima di effettuare la misurazione, si consiglia di calibrare il rifrattometro. Il campione deve essere preparato filtrando il mosto. Mettere 1-2 gocce del campione sul prisma. Premendo il tappo, il liquido campione viene distribuito in modo uniforme. È consigliabile eseguire sempre almeno due misurazioni.

A partire da un risultato di 15 e 25 °Brix con temperatura di 20 °C, è possibile calcolare il contenuto di alcol con la seguente formula:

Grado di alcol [% vol.] = (0,6757 x grado di saccarosio [°Brix]) - 2,0839

Esempio:
Con un rifrattometro portatile con compensazione di temperatura è stato misurato un contenuto di saccarosio di 20,7 °Brix.
Usando questa formula il risultato è:
Contenuto di alcol = (0,6757 x 20,7) - 2,0839
Contenuto di alcol = 13,987 - 2,0839
Contenuto di alcol = 11,903 % vol.

In alternativa all'uso di questa formula si può consultare il valore nelle tabelle.

Per i mosti d'uva con un contenuto di saccarosio dal 10,0 al 74,9% di saccarosio, rispettivamente % Brix, troverà una tabella con l'indice di rifrazione, la densità, il contenuto di zucchero invertito e il contenuto di alcol nel seguente link:
• Valore Brix e contenuto di alcol del mosto d'uva

Se nella nostra gamma non trova gamma un rifrattometro con i parametri di misura richiesti, si metta in contatto con noi, il nostro ufficio tecnico sarà lieto di offrirle una consulenza.

Rifrattometro Abbe

Un particolare rifrattometro è il rifrattometro ABBE. Il rifrattometro, sviluppato da Ernst Abbe e introdotto nel 1872, funziona secondo il principio della luce trasmessa. Il campione da esaminare viene posto tra un prisma a illuminazione e un prisma di misurazione. Solo i raggi luminosi trasmessi dal campione si riflettono sul prisma di misurazione e illuminano la superficie di lettura.

In un riflettometro totale, il principio di misura si basa sul fatto che l'angolo limite della riflessione totale dipende da una superficie limite secondo l'indice di rifrazione del mezzo ottico coinvolto. La riflessione totale avviene sulla superficie limite della lente utilizzata rispetto al liquido da analizzare. Il prisma di vetro deve avere un indice di rifrazione superiore a quello del campione da misurare. Si può anche dire che il liquido campione deve essere otticamente più fine. Il design dei rifrattometri consente una determinazione accurata dell'angolo critico con uno strato liquido, che viene applicato come una pellicola sottile su un prisma di vetro.

In questo video si mostra l'utilizzo di un rifrattometro analogico. Si mostrano le scale ottiche dei rifrattometri. Per primo, viene presentato il rifrattometro PCE-4582 adatto a succhi concentrati, miele, marmellata, emulsioni, etc. Quindi si verifica il contenuti di zucchero nel succo di fragola con il rifrattometro PCE-2862. Il risultato è una misurazione del 51 % Brix. Poi si presenta il rifrattometro per la viticultura, modello PCE-Oe. Questo rifrattometro integra una tripla scala: Oechsel, Brix (saccarosio) e KMN/Babo.