Аббе рефрактометрі: тарихы, қағидалары және қазіргі заманғы қолданыстары

Кіріспе

Аббе рефрактометрі – сынық көрсеткішін жоғары дәлдікпен өлшеуге арналған үстел үстінде орналасатын құрал.

Егжей-тегжейлер

Эрнст Аббе (1840–1905), 19 ғасырдың соңында Германияның Йена қаласында Карл Цайс АГ компаниясында жұмыс істеген, алғашқы зертханалық рефрактометрді жасады. Алғашқы құралдарда термометрлер орнатылған және құрал мен сұйықтықтың температурасын бақылау үшін су айналымы қажет болды. Сондай-ақ, дисперсияның әсерін жоюға арналған түзетулер және оқуларды алуға арналған аналогты шкалалар болды. Аббе рефрактометрінде сұйық сынама жарық шығаратын және жарық сындыратын призмалар арасында жұқа қабатқа орналастырылады. Жарық сындыратын призма жоғары жарық сындыру көрсеткіші бар шыныдан (мысалы, 1,75) жасалған, ал рефрактометр жарық сындыру көрсеткіші жарық сындыратын призмадан кіші үлгілермен жұмыс істеуге арналған. Жарық көзі жарық шығаратын призма арқылы жіберіледі, оның төменгі беті тегістелген (яғни, маталған шыны сияқты), сондықтан осы беттің әрбір нүктесі барлық бағытта жарық сәулелерін шығарады деп есептеуге болады. Жарық сындыратын призманың арт жағына орналастырылған детектор жарық және қараңғы аймақтарды көрсетеді. Аббе жасағаннан кейін бір ғасырдан астам уақыт өткен соң, рефрактометрлердің тиімділігі мен дәлдігі жақсарды, бірақ олардың жұмыс істеу принципі көбінесе өзгерген жоқ. Олар сонымен қатар, шыны, пластик және полимерлік пленкалар сияқты қатты үлгілердің жарық сындыру көрсеткішін өлшеу үшін қолдануға ең оңай құрал болып табылады. Кейбір қазіргі заманғы Аббе рефрактометрлері өлшеу үшін цифрлық дисплейді пайдаланады, бұл кішкентай бөлімдерді ажырату қажеттілігін жояды. Дегенмен, пайдаланушы соңғы оқуды алу үшін көріністі реттеуі керек. Алғашқы толыққанды цифрлық зертханалық рефрактометрлер 1970 жылдардың соңы мен 1980 жылдардың басында пайда бола бастады және оқуды анықтау үшін пайдаланушының көзіне тәуелді болмады. Олар әлі де құрал мен сұйықтықтың температурасын бақылау үшін су айналымы бар ванналарды пайдалануды талап етті. Алайда, олар көптеген сұйықтықтардың температуралық айырмашылықтарын электрондық түрде өтеуге қабілетті, мұнда белгілі концентрация жарық сындыру көрсеткішіне айналады. Көптеген цифрлық зертханалық рефрактометрлер, аналогты Аббе құралдарынан әлдеқайда дәл және әмбебап болса да, қатты үлгілерде оқу мүмкіндігіне ие емес. 1990 жылдардың соңында Аббе рефрактометрлері стандартты 589 нанометрден басқа толқын ұзындығында өлшеу мүмкіндігімен қол жетімді болды. Бұл құралдар қажетті толқын ұзындығына жету үшін арнайы сүзгілерді пайдаланады және өлшеулерді жақын инфрақызыл спектрге дейін кеңейте алады (бірақ инфрақызыл сәулелерді көру үшін арнайы қарау құрылғысы қажет). Көп толқынды Аббе рефрактометрлерін үлгінің Аббе санын оңай анықтау үшін пайдалануға болады. Қазіргі заманғы ең жетілген құралдар құралды және үлгіні қыздыру және салқындату үшін қатты күйдегі Пельтье эффектіне негізделген құрылғыларды пайдаланады, бұл сыртқы су ваннасын қажет етпейді. Көптеген қазіргі заманғы құралдардың бағдарламалық жасақтамасы бағдарламаланатын пайдаланушы анықтаған шкалалар және соңғы бірнеше өлшеулерді еске түсіретін тарих функциясы сияқты мүмкіндіктерді ұсынады. Бірнеше өндірушілер пайдалануға оңай басқару элементтерін ұсынады, сонымен қатар байланыстырылған компьютерден мәліметтерді пайдалану және экспорттау мүмкіндігі бар.

Ernst Abbe (1840–1905), working for Carl Zeiss AG in Jena, Germany in the late 19th century, was the first to develop a laboratory refractometer. These first instruments had built in thermometers and required circulating water to control instrument and fluid temperatures. They also had adjustments for eliminating the effects of dispersion and analog scales from which the readings were taken. In the Abbe refractometer the liquid sample is sandwiched into a thin layer between an illuminating prism and a refracting prism. The refracting prism is made of a glass with a high refractive index (e. g., 1.75) and the refractometer is designed to be used with samples having a refractive index smaller than that of the refracting prism. A light source is projected through the illuminating prism, the bottom surface of which is ground (i. e., roughened like a ground glass joint), so each point on this surface can be thought of as generating light rays traveling in all directions. A detector placed on the back side of the refracting prism would show a light and a dark region. Over a century after Abbe's work, the usefulness and precision of refractometers has improved, although their principle of operation has changed very little. They are also possibly the easiest device to use for measuring the refractive index of solid samples, such as glass, plastics, and polymer films. Some modern Abbe refractometers use a digital display for measurement, eliminating the need for discerning between small graduations. However, the user still has to adjust the view to get a final reading. The first truly digital laboratory refractometers began appearing in the late 1970s and early 1980s, and no longer depended on the user's eye to determine the reading. They still required the use of circulating water baths to control instrument and fluid temperature. They did, however, have the ability to electronically compensate for the temperature differences of many fluids where there is a known concentration to refractive index conversion. Most digital laboratory refractometers, while much more accurate and versatile than their analog Abbe counterparts, are incapable of readings on solid samples. In the late 1990s, Abbe refractometers became available with the capability of measurements at wavelengths other than the standard 589 nanometers. These instruments use special filters to reach the desired wavelength, and can extend measurements well into the near infrared (though a special viewer is required to see the infrared rays). Multi wavelength Abbe refractometers can be used to easily determine a sample's Abbe number. The most advanced instruments of today use solid state Peltier effect devices to heat and cool the instrument and the sample, eliminating the need for an external water bath. The software on most of current instruments offers features such as programmable user defined scales and a history function that recalls the last several measurements. Several manufacturers offer easily usable controls, with the ability to use from and export readings to a linked computer.