Refraktometr

Światło może być pochłaniane, przepuszczane lub odbijane przez materiały. Jeśli zmienia się skład materiału, wpływa to również na jego zachowanie wobec światła. Refraktometr to urządzenie pozwalające na analizę jakościową, ilościową oraz badanie fizykochemiczne materiału. Refraktometr bada jedną z właściwości materiału jaka jest współczynnik załamania światła.

Współczynniki załamania światła materiałów przezroczystych lub słabo absorbujących są na ogół większe niż 1 dla światła widzialnego i można je zdefiniować jako stosunek prędkości światła w próżni do prędkości światła w badanym materiale. Inne warunki fizyczne panują w przypadku materiałów silnie chłonnych, takich jak metale i inne substancje przewodzące prąd elektryczny. Tam światło o długościach fal z zakresu widzialnego może przeniknąć tylko do kilku nanometrów.

Refraktometr jest często stosowany do pomiaru stężenia znanej nam mieszaniny substancji. W przypadku urządzenia jakim jest refraktometr analogowy wartość odczytuje się ze skali. Skalę tę można zastosować do specjalnej jednostki miary dla odpowiedniego obszaru zastosowania. Możliwe jest również zastosowanie kilku sąsiednich skal. Natomiast refraktometr cyfrowy często podaje zmierzoną wartość jako współczynnik załamania światła w stopniach Brixa. Stopnie Brix lub procent Brix to bardzo często stosowana jednostka miary refraktometrów. W przeciwieństwie do współczynnika załamania światła, który jest podawany z co najmniej czterema miejscami po przecinku, wartość Brixa podawana jest jako wartość z jednym lub bez miejsc po przecinku. Ułatwia to odczytywanie i porównywanie zmierzonych wartości. Chociaż stopień Brixa definiuje się jako procentową zawartość sacharozy w wodnym roztworze sacharozy, wiele innych cieczy można przetestować za pomocą skali Brixa. W tym celu wykonuje się pomiary porównawcze dla danej substancji innymi metodami. Za pomocą takich pomiarów porównawczych można również tworzyć inne skale do zastosowań specjalnych.

Refraktometr w przemyśle spożywczym
W tej branży refraktometr może być wykorzystany min. jako:

• refraktometr do miodu pozwala na pomiar zawartości wody w miodzie co określa jego jakość
• refraktometr do miodu pozwala na pomiar zawartości wody w miodzie co określa jego jakość. Ten typ refraktometru posiada oprócz uniwersalnej skali pomiarowej (jednostki Brixa) także skale stosowaną w Niemczech i Austrii (jednostka ⁰0e – Oechslego),
• w branży alkoholowej refraktometr pozwala na określenie procent objętościowych alkoholu lub procent wagowych alkoholu w produkcie,
• refraktometr do pomiaru zawartości cukru np. w syropach, sokach owocowych, warzywnych, napojach mlecznych,
• refraktometr dla określenia stopnia zasolenia wykorzystywany np. do pomiaru słoności roztworów stosowanych do produkcji serów, mięs marynowanych,
• refraktometr do kontroli olei roślinnych i emulsji olejowych.

Refraktometr w przemyśle, technologii przemysłowej
Tutaj refraktometr znajdzie swoje zastosowanie podczas:

• refraktometr do testowania płynów eksploatacyjnych stosowanych przez kierowców, płynów chłodzących
• refraktometr do badania emulsji olejowych, emulsji chłodzących używanych np. w maszynach do obróbki np. metali,
• refraktometr służący do pomiaru zawartości wody np. w olejach czy chłodziwach,
• refraktometr do pomiaru zawartości chloru w cieczach, stężenia detergentów,
• refraktometr do pomiaru zanieczyszczeń materiałów eksploatacyjnych czy ścieków.

Refraktometry w medycynie i farmacji

• kontrola płynów ustrojowych,
• kontrola czystości surowców i preparatów farmaceutycznych

Ze względu na konstrukcję urządzenie typu refraktometr można podzielić na refraktometr ręczny, refraktometr stołowy oraz refraktometr procesowy. Jeśli potrzebujecie Państwo urządzenia, które pomiar wykonywać będzie w laboratorium lub innym stałym miejscu, a tylko okazjonalnie wykorzystywany będzie w terenie wtedy zaleca się zakup refraktometru stołowego. Refraktometr tego typu to urządzenie, które często oferuje także dodatkowe funkcje jak: np. kontrola temperatury, interfejs komunikacyjny służący do przesyłania danych na komputer lub inne urządzenia.

Jeśli refraktometr ma stale monitorować wartości decydującymi czynnikami przy wyborze urządzenia są warunki pomiaru i forma wyjściowa mierzonych wartości. Refraktometr do ciągłego monitorowania procesów jest zwykle instalowany na stałe i przesyła wartości do komputera PC lub stacji kontrolnej. Oznacza to, że zmierzone wartości można stale sprawdzać i oceniać. Możliwa jest również automatyczna ingerencja w przebieg procesu, poprzez wyzwolenie zaworów przełączników poprzez wyjście przełączające po osiągnięciu ustawionych wartości granicznych. W razie potrzeby dane pomiarowe mogą być również rejestrowane w dodatkowym rejestratorze danych. Odczyty mogą być prezentowane nie tylko we wspólnych jednostkach dla powszechnie mierzonych materiałów, ale można również tworzyć niestandardowe skale w zależności od niestandardowych potrzeb klienta.

Refraktometr - pomiar temperatury / kompensacja temperatury
Podobnie jak inne właściwości materiału, także współczynnik załamania światła zależy od temperatury. Wpływ temperatury na wyniki pomiarów można całkowicie skompensować prostymi instalacjami dla typowych temperatur otoczenia, nawet z prostym ręcznym refraktometrem analogowym. Refraktometr z automatyczną kompensacją temperatury często ma oznaczenie ATC na obudowie. Jeśli refraktometr nie ma kompensacji temperatury, podczas wykonywania pomiarów należy zmierzyć temperaturę. Następnie zmierzone wartości należy porównać z tymi, które są obowiązujące dla danej temp. Za pomocą tabel lub programów.

Refraktometr - dokładność pomiaru
W przypadku urządzenia typu refraktometr analogowy ze skalą optyczną dokładność odczytu jest bardzo ważna dla dokładności wyniku pomiaru. Oprócz umiejętności użytkownika dokładność odczytu zależy również od rozdzielczości podziałki i rozmieszczenia napisów. Refraktometr analogowy może oferować dokładność ± 0,2% Brixa. Cyfrowy refraktometr ręczny o nowoczesnej konstrukcji powinien również gwarantować dokładność ±0,2% Brixa lub 0,0003 nD dla współczynnika załamania światła. Wysokiej jakości urządzenia laboratoryjne i refraktometry liniowe osiągają dokładność ±0,1% Brix lub 0,00014 nD dla współczynnika załamania światła.

Refraktometr - kalibracja
Wszystkie urządzenia typu refraktometr zakupione w firmie PCE Instruments są regulowane i skalibrowane przed dokonaniem wysyłki do klienta. Refraktometr można samodzielnie sprawdzać, kontrolować za pomocą cieczy określonej w opisach zawartych w instrukcji obsługi. Można również przeprowadzić zerowanie lub kalibrację urządzenia jakim jest refraktometr. Jeśli wykonujesz pomiary tylko w części zakresu pomiarowego, możesz również użyć specjalnych płynów kalibracyjnych dla tego zakresu. Jeśli natomiast potrzebujecie Państwo certyfikatu dla urządzenia jakim jest refraktometr firma PCE Instruments oferuje rekalibrację zgodnie z normą ISO. Refraktometr w przypadku certyfikacji jest testowany w warunkach laboratoryjnych przy użyciu wzorców odniesienia (certyfikowanych cieczy testowych). Po przeprowadzeniu badań testowych otrzymują Państwo świadectwo kalibracji, które poświadcza dokładność pomiaru określoną dla konkretnego refraktometru.

Refraktometr - wyświetlanie skali i jednostek miary
Wiele spośród urządzeń typu refraktometr z wyświetlaczem analogowym ma skalę, która nie pokazuje współczynnika załamania z czterema miejscami po przecinku, ale raczej podział i oznaczenie skali pomiarowej, które są specjalnie dostosowane do danego pomiaru. W refraktometrze cyfrowym zmierzona wartość jest konwertowana wewnętrznie i pokazywana na wyświetlaczu jako wartość liczbowa. Powszechną jednostką wyświetlania jest stopień Brix lub procent Brix (stosunek wagi cukru i wody) ale są też urządzenia do innych cukrów, takich jak dekstran, fruktoza, glukoza, laktoza, maltoza, dla zawartości wody w miodzie, dla zawartości soli, zawartości chloru, ciężaru właściwego, dla zawartości mocznika, dla proporcji płynu niezamarzającego na bazie glikolu etylenowego lub glikolu propylenowego i ochrony przed mrozem, jaką należy uzyskać w stopniach Celsjusza.

Refraktometr stacjonarny i ręczny to urządzenie, które może być również wyposażone w wiele skal. Oto przykład dwóch urządzeń wielokrotnych, jedno do pomiaru zawartości soli, drugie do sprawdzania zawartości płynu niezamarzającego.

Refraktometr do pomiaru zasolenia / Aplikacja

Refraktometr - jakość płynu przeciw zamarzaniu / Aplikacja

Refraktometr - Jednostka miary Brix
Wiele spośród proponowanych przez nas urządzeń typu refraktometr wynik pomiaru podaje w stopniach Brixa. Ciecz ma stopień Brixa (=1% Brixa), jeśli ma taką samą gęstość jak roztwór 1 g sacharozy w 99 g wody; ma 10 Brix (=10% Brix), jeśli jego gęstość jest równa roztworowi 10 g sacharozy w 90 g wody. Sacharoza jest tu używana jako skala odniesienia - zawartość cukru. Miara rozpuszczalnej suchej substancji w cieczy (a więc w przybliżeniu zawartość cukru) jest zwykle podawana w „stopniach Brix” (° Brix). To pośrednio daje obiektywną wartość stopnia dojrzałości owocu. Tymczasem niektóre normy handlowe WE (np. dla kiwi i melonów) określają, że owoce „wystarczająco dojrzałe” w rozumieniu normy muszą mieć określone wartości Brixa. Ta jednostka miary używana w refraktometrach została nazwana na cześć Adolfa F. Brixa, dziewiętnastowiecznego naukowca, który opracował tę kalibrację w 1870 r. w celu określenia zawartości cukru w płynach. Normy handlowe WE dotyczące kiwi oraz melonów i arbuzów wyraźnie przewidują pomiar wartości Brixa za pomocą refraktometru w celu określenia dojrzałości owocu.

Przeliczanie wartości Brix
Jeśli wybrałeś odpowiedni refraktometr, ale potrzebujesz wartości innej niż wyświetlana, często można ją pobrać z tabel lub obliczyć za pomocą wzorów. W niektórych przypadkach wskazane jest samodzielne określenie współczynników przeliczeniowych za pomocą pomiarów referencyjnych.

Na przykład mierzysz 12,9% Brixa w swojej próbce. Następnie użyj tej samej substancji do przeprowadzenia testu suszenia w suszarce lub analizy chemicznej w laboratorium. Wynikiem jest tutaj np. 8,2% zawartości części stałych. Iloraz wartości Brixa 12,9% i zawartości substancji stałych 8,2% wynosi 1,57. Za pomocą tej wartości można obliczyć zawartość ciał stałych na podstawie wartości Brixa dla dowolnych innych próbek tej samej substancji. Jeśli teraz mierzysz refraktometrem w terenie, w hali produkcyjnej lub w terenie, wystarczy podzielić wyświetlaną wartość Brixa przez 1,57 i natychmiast otrzymasz wartość zawartości ciał stałych.

Refraktometr Abbego to specjalny rodzaj refraktometru. Refraktometr opracowany przez Ernsta Abbe i wprowadzony na rynek w 1872 r. działał na zasadzie światła przechodzącego. Badaną próbkę umieszcza się między pryzmatem oświetlającym, a pryzmatem pomiarowym. Tylko promienie światła przepuszczane przez próbkę trafiają w pryzmat pomiarowy i oświetlają powierzchnię odczytu.

W przypadku reflektometru całkowitego zasada pomiaru opiera się na fakcie, że krytyczny kąt całkowitego odbicia na granicy faz zależy od współczynników załamania światła zaangażowanych ośrodków optycznych. Odbicie całkowite zachodzi na granicy zastosowanego szkła i badanej cieczy. Pryzmat szklany musi mieć wyższy współczynnik załamania niż mierzona próbka. Można też powiedzieć, że próbka cieczy musi być optycznie cieńsza. Budowa refraktometru umożliwia precyzyjne wyznaczenie kąta krytycznego za pomocą warstwy cieczy, która jest nakładana cienką warstwą na szklany pryzmat.