رفراکتومتر ، انواع ، کاربرد و نحوه نگهداری آن چیست؟
تعریف رفرکتومتری
رفرکتومتری تعیین ضریب شکست گازهای مایعات و جامدات نیمه شفاف، توسط دستگاه رفرکتومتر می باشد. هنگامی که پرتو نور از محیطی به محیط دیگر با غلظتی متفاوت وارد میشود، به علت تغییر سرعت عبور نور، مسیر آن منحرف می شود، این پدیده شکست نور نامیده میشود. در صورتی که محیط دوم چگالتر از محیط اول باشد، نور به خط عمود نزدیک تر و در صورتی که غلظت کمتری داشته باشد از خط عمود بر سطح دور می شود.
زاویه بین شعاع تابش و خط عمود، زاویه تابش 1 و زاویه بین شعاع شکست و خط عمود زاویه شکست r نامیده می شود. ضریب شکست مطلق یک ماده عبارتست از نسبت سرعت عبور نور در خلا به سرعت عبور نور از آن ماده.
ضریب شکست هر جسم به صورت زیر تعریف می شود:
sin r / Sini = ضریب شکست
برای اهداف کاربردی به جای خلاء به عنوان مرجع از هوا استفاده می نماید. چرا که ضریب شکست آن بسیار نزدیک به خلاء میباشد. ضریب شکست مانند نقطه ذوب از خواص فیزیکی مواد بوده و میتوان از این مشخصه برای شناسایی مواد یا ارزیابی خلوص آن استفاده نمود. با معین شدن ضریب شکست، علاوه بر شناسایی ماده، مقدار آن را نیز می توان محاسبه کرد.
موارد کاربرد رفراکتومتر
موارد کاربرد رفراکتومتردستگاه رفراکتومتر از جمله دستگاه های آزمایشگاهی وظیفه اندازه گیری چگالی مایعات را بر عهده دارد، با علم به اینکه هر چه مایع متراکم تر باشد، شکست آن بیشتر می شود. همچنین می توان گفت که از این دستگاه پیچیده برای اندازه گیری ضریب شکست جامدات و مایعات نیمه شفاف استفاده می شود. این عنصر آزمایشگاهی از این اصل استفاده می کند که تضمین می کند هنگامی که چگالی یک ماده افزایش می یابد ضریب شکست آن به طور متناسب افزایش می یابد، به عنوان مثال زمانی که شکر در آب حل می شود.
دستگاه رفرکتومتر کاربرد زیادی در صنایع گوناگون دارد. به عنوان مثال برای اندازه گیری غلظت نمک طعام در حوضچه های پرورش ماهی و یا 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 مهم ترین کاربرد آن تعیین چگالی ادرار می باشد.
بریکس چیست؟
اصطلاحی است که غالباً برای نشان دادن محتوی قند یا ساکارز ملاس توسط دستگاه بریکس متر به کار می رود. این معیار برحسب درجه بریکس بیان شده و هر درجه بریکس %1 ساکارز می باشد.
اساس کار رفرکتومتر
اساس کار رفرکتومتر بر تاباندن نور تک فام شده به محلول و اندازه گیری میزان شکست نور عبور کرده از محلول میباشد. از آنجائی که غلظت این دو محیط باهم متفاوت است، نور دچار شکست شده و با ضریب شکست محدود قابل دریافت می باشد، میزان شکست نور برای هرمحلول خاص آن محلول خواهد بود. این خط نوری حاصل از شکست نور توسط منشورها و لنزهای مختلف، برای کاربر قابل مشاهده می شود. در دستگاه رفرکتومتر نور از محیط رقیق وارد محیط غلیظ می شود. که در حقیقت محیط رقیق، مایع یا محلول موردنظر و محیط غلیظ منشور دستگاه می باشد در عمل، ضریب شکست محلول و منشور نسبت به هم سنجیده می شود.
N/n=sini/sinr
N:ضریب شکست محیط غلیظ، n ضریب شکست محیط رقیق و i و r به ترتیب زوایای تابش و شکست می باشند. در رفرکتومتری زاویه شکست بحرانی (یعنی زمانی که زاویه تابش °۹۰ باشد) اندازه گیری می شود. رابطه بین ضریب شکست و غلظت تاحدود ۱۰-۲مولار یک رابطه خطی است که بر اساس آن می توان با تعیین ضریب شکست یک محلول، غلظت آن را با استفاده از نمودار خطی در فاصله حدود ۲-۱۰ مولار به دست آورد.
اجزاء دستگاه رفرکتومتر
اجزاء و قسمت های دستگاه رفرکتومتر در انواع رومیزی و دیجیتال شامل: منشور، صفحه پوشاننده منشور، پیچ تصحیح کننده، لوله آئینه ای، قسمت چشمی، دما سنج و منبع نور میباشد. در ادامه توضیحات بیشتری در رابطه با قطعات فوق الذکر ارائه خواهد شد.
- منشور : این دستگاه دارای دومنشور، یکی انتشار دهنده و دیگری شکست دهنده می باشد. هنگامی که نمونه را بین دو منشور قرار می دهیم ابتدا نور وارد منشور انتشار دهنده شده و تجزیه میشود و این نور با طول موج مشخص وارد نمونه مورد آزمایش شده و سپس به منشور شکست دهنده می رسد (ورود نور از محیط رقیق به محیط غلیظ) نکته مهم این است که قبل از ریختن نمونه منشورها باید کاملا تمیز باشند و برای اطمینان بیشتر ابتدا با کمی از نمونه مورد نظر شستشو می دهیم.
- عدسی (لنز): دو عدسی در این دستگاه وجود دارد، یکی عدسی مربوط به وضوح تصویر که توسط پیچ مربوطه کنترل می شود و دیگری عدسی که پس از منشور شکست دهنده قرار دارد و موجب تمرکز تصویر بر روی صفحه نمایش مدرج می گردد.
- دماسنج: بعضی از رفرکتومترها مجهز به دماسنج جهت تنظیم و گزارش دما می باشند.
- پیچ هاى تنظیم: دو پیچ تنظیم موجود است یکی برای تنظیم صفر دستگاه توسط آب قبل از سنجش نمونه و دیگری پیچ مربوط به کانونی کردن تصویر به منظور وضوح بیشتر آن .
انواع رفراکتومتر
انواع رفراکتومتررفرکتومترها را برحسب شکل ظاهری و موارد استفاده به چهار نوع می توان تقسیم نمود که عبارتند از:
- رفرکتومتر دستی آنالوگ
- رفرکتومتر رومیزی
- رفرکتومتر دستی دیجیتال
- رفرکتومتر این لاین
در ادامه در مورد چگونگی عملکرد رفرکتومترهای نسل اولیه و انواع جدید که امکانات بهتری دارند توضیحاتی ارائه میشود.
رفرکتومترهای نسل اول
برای استفاده از این رفرکتومتر ها چند قطره از نمونه مورد نظر روی منشور قرار داده میشود. باید برای قرار دادن نمونه روی صفحه دقت کافی نمود زیرا در صورتی که مقدار نمونه قرار داده شده کم باشد، دستیابی به نتیجه مطلوب سخت میشود و در صورت زیاد بودن نمونه ترشح مایع به اطراف منجر به آلودگی می شود. پس از قرار دادن منشور می توان مقدار نوردهی عدسی ها را به کمک پیچ موجود روی دستگاه تغییر داد. سپس نتایج به صورت آنالوگ در این دستگاه ها بر روی صفحه نمایش مدرج نشان داده می شود. در این نوع رفرکتومترها باید همواره دما، به صورت دستی ثبت شود، در ضمن پس از هر بار اندازه گیری دستگاه را برای تست بعدی باید تمیز نمود.
نگهداری دستگاه رفراکتومتر
با توجه به استفاده مداوم از دستگاه مهم ترین مساله در بحث نگهداری، تمیز نمودن دقیق و مرتب آن می باشد. گرد و غبار و ذرات ریز و حباب هوا بزرگترین دشمن دقت اندازه گیری می باشد. برای جلوگیری از ساییده شدن صفحه شیشه ای و منشورها، بهتر است از پنبه تمیز و در صورت ضرورت از پنبه آغشته به الکل برای پاک کردن استفاده شود.
کالیبراسیون رفرکتومتر
برای کالیبراسیون و تعیین میزان خطای دستگاه از آب مقطر که دارای وزن مخصوص ۱/۳۳۲۵=n میباشد استفاده می کنیم. به این صورت که چند قطره آب مقطر روی صفحه شیشه ای دستگاه می ریزیم. سپس در مقابل نور مرئی میزان چگالی آب را مشاهده می کنیم. اگر مقدار بیش از صفر را نشان داد توسط پیچ تنظیم پیچ کالیبره کننده آن را صفر نموده و مجددا این کار را تکرار می کنیم تا دستگاه کالیبره شود. سپس توسط ماده دیگری که میزان چگالی آن توسط چگالی سنج مشخص شده است آزمایش را انجام می دهیم. نکته ای که باید توجه داشت این است که رفرکتومتر به تغییر حرارت حساس می باشد، بنابراین بهتر است اجازه داده شود تا نمونه به دمای اتاق برسد و بعد قرائت انجام شود.
تاریخچه رفراکتومتر
ارنست کارال آبه فیزیکدان آلمانی و از مهندسان کارخانه زایس آلمان بود که عدد آبه را کشف کرد . عدد آبه رابطه ای بین ضریب بازتاب و طول موج را نشان می دهد. آبه بیشتر در نورشناسی مشهور است و اولین رفرکتومتر را در اواخر دهه 1800میلادی طراحی نمود. یکی از گودال های آتشفشانی بر روی ماه نیز به افتتخار او آبه نام گذاری شده است.