Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Өлшеу құралы
Measurement Tool
Рефрактометр – сына жарылу индексін (рефрактометрия) өлшеуге арналған зертханалық немесе далалық құрылғы. Сына жарылу индексі байқалатын жарылу бұрышын пайдаланып, Снелл заңы арқылы есептеледі. Қоспалар үшін сына жарылу индексі, Gladstone-Dale қатынасы және Lorentz-Lorenz теңдеуі сияқты араласу ережелерін қолдану арқылы концентрацияны анықтауға мүмкіндік береді.
A refractometer is a laboratory or field device for the measurement of an index of refraction (refractometry). The index of refraction is calculated from the observed refraction angle using Snell's law. For mixtures, the index of refraction then allows the concentration to be determined using mixing rules such as the Gladstone–Dale relation and Lorentz–Lorenz equation.
Рефрактометрия
Стандартты рефрактометрлер мөлдір заттардың жарық сынуын (сыну көрсеткішінің бір бөлігі ретінде) өлшейді. Бұл сұйық сынаманы анықтау, оның тазалығын талдау және сынамадағы еріген заттардың мөлшерін немесе концентрациясын анықтау үшін қолданылады. Жарық ауадан сұйықтыққа өткенде жылдамдығы төмендейді және "иілу" сезімін тудырады, ал "иілу" деңгейі сұйықтықта еріген заттың мөлшеріне байланысты болады. Мысалы, бір стақан судағы қанттың мөлшері.
Standard refractometers measure the extent of light refraction (as part of a refractive index) of transparent substances in either a liquid this is then used in order to identify a liquid sample, analyze the sample's purity, and determine the amount or concentration of dissolved substances within the sample. As light passes through the liquid from the air it will slow down and create a ‘bending’ illusion, the severity of the ‘bend’ will depend on the amount of substance dissolved in the liquid. For example, the amount of sugar in a glass of water.
Түрлері
Рефрактометрлердің төрт негізгі түрі бар: дәстүрлі қол рефрактометрлері, қолмен ұсталатын цифрлық рефрактометрлер, зертханалық немесе Аббе рефрактометрлері (құралдың ойлап табушысының құрметіне аталған және Эрнст Аббенің «критикалық бұрыш» дизайнына негізделген) және процестік рефрактометрлер. Газдардың сыну көрсеткіштерін өлшеу үшін қолданылатын Рейли рефрактометрі де бар. Зертханалық медицинада рефрактометр қан плазмасының жалпы мөлшерін және зәрдің тығыздығын өлшеу үшін қолданылады. Дәрілік диагностикада рефрактометр адам зәрiнiң тығыздығын өлшеу үшін қолданылады. Гемологияда асыл тастарды зерттеуде рефрактометр – гемологиялық зертханада қолданылатын маңызды құралдардың бірі. Асыл тастар мөлдір минералдар болып табылады, сондықтан оларды оптикалық әдістермен қарастыруға болады. Сыну көрсеткіші – заттың химиялық құрамына байланысты материалдық тұрақты шама. Рефрактометр асыл тастарды олардың сыну көрсеткішін өлшеу арқылы анықтауға көмектеседі, бұл асыл тастың түрін анықтаудағы маңызды қасиеттердің бірі. Сыну көрсеткіші қолданылатын жарықтың толқын ұзындығына (яғни, дисперсияға) байланысты болғандықтан, өлшеу әдетте ~589 нм толқын ұзындығындағы натрийдің D сызығы (NaD) бойынша жүргізіледі. Бұл жарық күндізгі жарықтан сүзіліп алынады немесе монохроматикалық жарықдиод (LED) арқылы жасалады. Рубин, сапфир, турмалин және топаз сияқты кейбір тастар оптикалық анизотроптық қасиетке ие. Олар жарықтың поляризация жазықтығына байланысты екі сыну құбылысын көрсетеді. Екі түрлі сыну көрсеткіші поляризациялық сүзгі арқылы анықталады. Асыл тастарға арналған рефрактометрлер классикалық оптикалық құралдар түрінде де, цифрлық дисплейі бар электрондық өлшеу құрылғылары түрінде де қол жетімді. Теңіз аквариумдарын ұстауда рефрактометр судың тұздылығы мен тығыздығын өлшеу үшін қолданылады. Автомобиль өнеркәсібінде салқындатқыш концентрациясын өлшеу үшін рефрактометр қолданылады. Машина жасау өнеркәсібінде машинамен өңдеу процесі үшін суға қосылған салқындатқыш концентратының мөлшерін өлшеу үшін рефрактометр қолданылады. Үйде сыра қайнатуда, ашыту алдындағы тығыздықты өлшеу үшін сыра қайнату рефрактометрі қолданылады, бұл ашытылатын қанттың мөлшерін анықтауға көмектеседі. Брикс рефрактометрлерін хоббимен айналысатындар жиі джем, жеміс желесі және бал сияқты консервілер жасау үшін пайдаланады. Бал шаруашылығында балдың су мөлшерін өлшеу үшін брикс рефрактометрі қолданылады.
There are four main types of refractometers: traditional handheld refractometers, digital handheld refractometers, laboratory or Abbe refractometers (named for the instrument's inventor and based on Ernst Abbe's original design of the 'critical angle') and inline process refractometers. There is also the Rayleigh Refractometer used (typically) for measuring the refractive indices of gases. In laboratory medicine, a refractometer is used to measure the total plasma protein in a blood sample and urine specific gravity in a urine sample. In drug diagnostics, a refractometer is used to measure the specific gravity of human urine. In gemology, the gemstone refractometer is one of the fundamental pieces of equipment used in a gemological laboratory. Gemstones are transparent minerals and can therefore be examined using optical methods. Refractive index is a material constant, dependent on the chemical composition of a substance. The refractometer is used to help identify gem materials by measuring their refractive index, one of the principal properties used in determining the type of a gemstone. Due to the dependence of the refractive index on the wavelength of the light used (i. e. dispersion), the measurement is normally taken at the wavelength of the sodium line D line (NaD) of ~589 nm. This is either filtered out from daylight or generated with a monochromatic light emitting diode (LED). Certain stones such as rubies, sapphires, tourmalines and topaz are optically anisotropic. They demonstrate birefringence based on the polarisation plane of the light. The two different refractive indexes are classified using a polarisation filter. Gemstone refractometers are available both as classic optical instruments and as electronic measurement devices with a digital display. In marine aquarium keeping, a refractometer is used to measure the salinity and specific gravity of the water. In the automobile industry, a refractometer is used to measure the coolant concentration. In the machine industry, a refractometer is used to measure the amount of coolant concentrate that has been added to the water based coolant for the machining process. In homebrewing, a brewing refractometer is used to measure the specific gravity before fermentation to determine the amount of fermentable sugars which will potentially be converted to alcohol. Brix refractometers are often used by hobbyists for making preserves including jams, marmalades and honey. In beekeeping, a brix refractometer is used to measure the amount of water in honey.
Автоматты
Автоматты рефрактометрлер үлгілердің сыну индексін автоматты түрде өлшейді. Үлгінің сыну индексін автоматты түрде өлшеу, толық ішкі шағылыстың сыни бұрышын анықтауға негізделген. Жарық көзі, әдетте ұзақ қызмет ететін LED, линзалар жүйесі арқылы призма бетіне бағытталады. Интерференциялық сүзгі белгілі бір толқын ұзындығын қамтамасыз етеді. Призма бетіндегі бір нүктеге жарықты шоғырландыру арқасында, әртүрлі бұрыштардың кең ауқымы қамтылады. "Автоматты рефрактометрдің схемалық құрылымы" суретінде көрсетілгендей, өлшенетін үлгі өлшеу призмасымен тікелей жанасады. Оның сыну көрсеткішіне байланысты, толық ішкі шағылыстың сыни бұрышынан төмен түсетін жарық үлгіге ішінара өтеді, ал бұрыш жоғары болғанда жарық толығымен шағылысады. Шағылысқан жарық интенсивтілігінің түсу бұрышына тәуелділігі жоғары ажыратымды сенсорлық тізбегімен өлшенеді. CCD сенсорынан алынған бейнесигналдан үлгінің сыну индексін есептеуге болады. Толық ішкі шағылысу бұрышын анықтау әдісі үлгінің қасиеттеріне тәуелсіз. Оптикалық тұрғыдан тығыз және күшті сіңіретін үлгілердің, сондай-ақ ауа көпіршіктері немесе қатты бөлшектері бар үлгілердің сыну индексін өлшеуге де болады. Бұрышты анықтау тербелістерге және басқа да сыртқы факторларға төзімді.
Automatic refractometers automatically measure the refractive index of a sample. The automatic measurement of the refractive index of the sample is based on the determination of the critical angle of total reflection. A light source, usually a long life LED, is focused onto a prism surface via a lens system. An interference filter guarantees the specified wavelength. Due to focusing light to a spot at the prism surface, a wide range of different angles is covered. As shown in the figure "Schematic setup of an automatic refractometer" the measured sample is in direct contact with the measuring prism. Depending on its refractive index, the incoming light below the critical angle of total reflection is partly transmitted into the sample, whereas for higher angles of incidence the light is totally reflected. This dependence of the reflected light intensity from the incident angle is measured with a high resolution sensor array. From the video signal taken with the CCD sensor the refractive index of the sample can be calculated. This method of detecting the angle of total reflection is independent on the sample properties. It is even possible to measure the refractive index of optically dense strongly absorbing samples or samples containing air bubbles or solid particles Furthermore, only a few microliters are required and the sample can be recovered. This determination of the refraction angle is independent of vibrations and other environmental disturbances.
Толқын ұзындығының әсері
Берілген үлгінің сыну индексі барлық материалдар үшін толқын ұзындығына қарай өзгереді. Бұл дисперсиялық байланыс сызықтық емес және әрбір материалға тән. Көрінетін спектрде толқын ұзындығының ұлғаюымен сыну индексінің төмендеуі байқалады. Шыны призмаларында сіңіру өте аз шамада болады. Инфрақызыл толқын ұзындығы диапазонында бірнеше сіңіру максимумдары және сыну индексінің өзгерулері пайда болады. Сыну индексі бойынша 0,00002 дейінгі дәлдікпен жоғары сапалы өлшеуді қамтамасыз ету үшін толқын ұзындығын дұрыс анықтау қажет. Сондықтан, қазіргі заманғы рефрактометрлерде толқын ұзындығы +/ 0,2 нм енімен реттеледі, бұл әртүрлі дисперсиялық қасиеттері бар үлгілер үшін дұрыс нәтижелерді қамтамасыз етеді.
The refractive index of a given sample varies with wavelength for all materials. This dispersion relation is nonlinear and is characteristic for every material. In the visible range, a decrease of the refractive index comes with increasing wavelength. In glass prisms very little absorption is observable. In the infrared wavelength range several absorption maxima and fluctuations in the refractive index appear. To guarantee a high quality measurement with an accuracy of up to 0.00002 in the refractive index the wavelength has to be determined correctly. Therefore, in modern refractometers the wavelength is tuned to a bandwidth of +/ 0.2 nm to ensure correct results for samples with different dispersions.
Температураның әсері
Температура сыну көрсеткішін өлшеуге өте маңызды әсер етеді. Сондықтан призманың және сынаманың температурасын жоғары дәлдікпен бақылау қажет. Температураны бақылаудың бірнеше сәл өзгешелең дизайн бар, бірақ олардың барлығына ортақ негізгі факторлар бар, мысалы, жоғары дәлдіктегі температура сенсорлары және сынаманың және призманың температурасын реттеуге арналған Пельтье құрылғылары. Бұл құрылғылардың температуралық басқаруы сынама температурасының өзгеруі байқалатын сыну көрсеткішінің өзгеруіне алып келмейтіндей кішкентай болуын қамтамасыз етуі керек. Бұрын сыртқы су ванналары қолданылды, бірақ қазір олар қажет емес.
Temperature has a very important influence on the refractive index measurement. Therefore, the temperature of the prism and the temperature of the sample have to be controlled with high precision. There are several subtly different designs for controlling the temperature; but there are some key factors common to all, such as high precision temperature sensors and Peltier devices to control the temperature of the sample and the prism. The temperature control of these devices should be designed so that the variation in sample temperature is small enough that it will not cause a detectable refractive index change. External water baths were used in the past but are no longer needed.
Автоматты рефрактометрлердің кеңейтілген мүмкіндіктері
Автоматты рефрактометрлер – микропроцессормен басқарылатын электрондық құрылғылар. Бұл олардың жоғары дәрежеде автоматтандырылуына және басқа өлшеу құралдарымен үйлесімді жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.
Automatic refractometers are microprocessor controlled electronic devices. This means they can have a high degree of automation and also be combined with other measuring devices
Ағынды элементтер
Сынама жасушаларының әртүрлі түрлері бар, бірнеше микролитрге арналған ағын жасушасынан бастап, өлшеу призмасын тазартпастан үлгіні жылдам алмастыруға мүмкіндік беретін, толтыру саңылауы бар сыңама жасушаларына дейін. Сынама жасушаларын уытты және зиянды үлгілерді өлшеу үшін де пайдалануға болады, бұл үлгіге минималдық әсер етеді. Микрожасушалар үшін тек бірнеше микролитр көлем қажет, бұл қымбат үлгілерді жақсы қалпына келтіруге және ұшқыш үлгілердің немесе еріткіштердің булануын болдырмауға мүмкіндік береді. Оларды рефрактометр призмасына үлгіні автоматты түрде толтыру үшін автоматтандырылған жүйелерде де қолдануға болады. Үлгіні саңылау арқылы ыңғайлы толтыру үшін, толтыру саңылауы бар ағын жасушалары қолжетімді. Бұлар сапаны бақылауда үлгіні жылдам алмастыру үшін пайдаланылады.
There are different types of sample cells available, ranging from a flow cell for a few microliters to sample cells with a filling funnel for fast sample exchange without cleaning the measuring prism in between. The sample cells can also be used for the measurement of poisonous and toxic samples with minimum exposure to the sample. Micro cells require only a few microliters volume, assure good recovery of expensive samples and prevent evaporation of volatile samples or solvents. They can also be used in automated systems for automatic filling of the sample onto the refractometer prism. For convenient filling of the sample through a funnel, flow cells with a filling funnel are available. These are used for fast sample exchange in quality control applications.
Сынамаларды автоматты түрде беру
Автоматты рефрактометр ағынды ұяшықпен жабдықталғаннан кейін, сынаманы сыямен немесе перистальтикалық сорғы арқылы толтыруға болады. Заманауи рефрактометрлерде кіріктірілген перистальтикалық сорғы опциясы бар. Ол құралдың бағдарламалық мәзірі арқылы басқарылады. Перистальтикалық сорғы зертханадағы үдерістерді автоматты түрде бақылауға немесе пайдаланушының тікелей араласуынсыз бір сынамадан бірнеше өлшемдерді жүргізуге мүмкіндік береді. Бұл адам факторынан туындаған қателерді жойып, үлгілерді өңдеу жылдамдығын арттырады. Көптеген сынамаларды автоматты түрде өлшеу қажет болған жағдайда, заманауи автоматты рефрактометрлерді автоматты сынама алмастырғышпен үйлестіруге болады. Сынама алмастырғыш рефрактометрмен басқарылады және өлшеуге арналған сынама алмастырғыштың құтыларына орналастырылған сынамалардың толық автоматтандырылған өлшемдерін қамтамасыз етеді.
Once an automatic refractometer is equipped with a flow cell, the sample can either be filled by means of a syringe or by using a peristaltic pump. Modern refractometers have the option of a built in peristaltic pump. This is controlled via the instrument's software menu. A peristaltic pump opens the way to monitor batch processes in the laboratory or perform multiple measurements on one sample without any user interaction. This eliminates human error and assures a high sample throughput. If an automated measurement of a large number of samples is required, modern automatic refractometers can be combined with an automatic sample changer. The sample changer is controlled by the refractometer and assures fully automated measurements of the samples placed in the vials of the sample changer for measurements.
Көп параметрлі өлшеулер
Қазіргі зертханалар үлгілердің сыну индексін ғана емес, сонымен қатар тиімді сапаны бақылау үшін тығыздық немесе тұтқырлық сияқты бірнеше қосымша параметрлерді өлшеуді қалайды. Микропроцессорлық басқару және көптеген интерфейстердің болуының арқасында автоматты рефрактометрлер компьютерлермен немесе басқа өлшеу құрылғыларымен, мысалы тығыздық өлшегіштермен, pH-метрлермен немесе тұтқырлық өлшегіштермен байланысып, сыну индексі және тығыздық деректерін (және басқа параметрлерді) бір деректер базасына сақтай алады.
Today's laboratories do not only want to measure the refractive index of samples, but several additional parameters like density or viscosity to perform efficient quality control. Due to the microprocessor control and a number of interfaces, automatic refractometers are able to communicate with computers or other measuring devices, e. g. density meters, pH meters or viscosity meters, to store refractive index data and density data (and other parameters) into one database.