Refraktometr - Refractometer

Ręczny refraktometr

Refraktometru jest laboratoryjnych lub urządzenie do pomiaru o współczynniku załamania światła ( refraktometrii ). Współczynnik załamania światła jest obliczany od kąta załamania obserwowanego przy użyciu Prawo Snelliusa . W przypadku mieszanin współczynnik załamania światła umożliwia następnie określenie stężenia za pomocą reguł mieszania, takich jak zależność Gladstone-Dale i równanie Lorentza-Lorenza .

Refraktometria

Standardowe refraktometry mierzą stopień załamania światła (jako część współczynnika załamania światła) przezroczystych substancji w stanie ciekłym lub stałym; jest to następnie wykorzystywane do identyfikacji próbki ciekłej, analizy czystości próbki i określenia ilości lub stężenia substancji rozpuszczonych w próbce. Gdy światło przechodzi przez ciecz z powietrza, zwalnia i tworzy iluzję „zagięcia”, intensywność „zagięcia” będzie zależeć od ilości substancji rozpuszczonej w cieczy. Na przykład ilość cukru w ​​szklance wody.

Rodzaje refraktometrów

Istnieją cztery główne typy refraktometrów: tradycyjne ręczne refraktometry , ręczne refraktometry cyfrowe , refraktometry laboratoryjne lub Abbego (nazwane na cześć wynalazcy przyrządu i oparte na oryginalnym projekcie „kąta krytycznego” Ernsta Abbego) oraz refraktometry procesowe inline . Istnieje również refraktometr Rayleigha używany (zwykle) do pomiaru współczynników załamania gazów.

W medycynie laboratoryjnej refraktometr służy do pomiaru całkowitego białka osocza w próbce krwi i ciężaru właściwego moczu w próbce moczu.

W diagnostyce leków refraktometr służy do pomiaru ciężaru właściwego ludzkiego moczu.

W gemmologii refraktometr kamieni szlachetnych jest jednym z podstawowych elementów wyposażenia laboratorium gemmologicznego. Kamienie szlachetne są przezroczystymi minerałami i dlatego można je badać metodami optycznymi. Współczynnik załamania to stała materiałowa zależna od składu chemicznego substancji. Refraktometr służy do identyfikacji materiałów szlachetnych poprzez pomiar ich współczynnika załamania światła, jednej z głównych właściwości wykorzystywanych przy określaniu rodzaju kamieni szlachetnych. Ze względu na zależność współczynnika załamania światła od długości fali użytego światła ( tj. dyspersji ), pomiar jest zwykle wykonywany przy długości fali linii sodowej D-line (Na D ) ~589 nm. Jest to albo odfiltrowywane ze światła dziennego, albo generowane przez monochromatyczną diodę elektroluminescencyjną ( LED ). Niektóre kamienie, takie jak rubiny, szafiry, turmaliny i topazy, są optycznie anizotropowe . Wykazują dwójłomność opartą na płaszczyźnie polaryzacji światła. Dwa różne współczynniki załamania są klasyfikowane za pomocą filtra polaryzacyjnego . Refraktometry z kamieni szlachetnych są dostępne zarówno jako klasyczne przyrządy optyczne, jak i jako elektroniczne przyrządy pomiarowe z wyświetlaczem cyfrowym .

W akwariach morskich do pomiaru zasolenia i ciężaru właściwego wody używany jest refraktometr .

W przemyśle samochodowym do pomiaru stężenia chłodziwa używa się refraktometru.

W przemyśle maszynowym refraktometr służy do pomiaru ilości koncentratu chłodziwa, który został dodany do chłodziwa na bazie wody w procesie obróbki.

W Piwowarstwo refraktometru zaparzania jest używany do pomiaru gęstości przed fermentacji w celu określenia ilości cukrów zdolnych do fermentacji, które potencjalnie przekształcane do alkoholu.

Refraktometry Brixa są często używane przez hobbystów do robienia przetworów, w tym dżemów, marmolad i miodu. W pszczelarstwie do pomiaru ilości wody w miodzie stosuje się refraktometr Brixa.

  • Refraktometr Abbego Bauscha i Lomba, ca. 1919-1926

  • Refraktometr gemmologiczny ER604 do badania zginania światła w kamieniach szlachetnych; dzięki uprzejmości A.KRÜSS Optronic GmbH

  • Refraktometr ręczny

  • Hodowca winorośli z refraktometrem

  • Ocena gęstości płynu w jamie brzusznej kota z zakaźnym zapaleniem otrzewnej kotów za pomocą refraktometru.

  • Automatyczny refraktometr laboratoryjny

Automatyczne refraktometry

Schematyczna konfiguracja automatycznego refraktometru: Źródło światła LED jest obrazowane pod różnymi kątami na powierzchni pryzmatu, która styka się z próbką. W zależności od różnicy współczynnika załamania między materiałem pryzmatu a próbką światło jest częściowo przepuszczane lub całkowicie odbijane. Krytyczny kąt całkowitego odbicia jest określany poprzez pomiar natężenia odbitego światła w funkcji kąta padania - źródło obrazu: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com

Automatyczne refraktometry automatycznie mierzą współczynnik załamania światła próbki. Automatyczny pomiar współczynnika załamania próbki opiera się na wyznaczeniu krytycznego kąta całkowitego odbicia. Źródło światła, zwykle dioda LED o długiej żywotności, skupia się na powierzchni pryzmatu za pomocą systemu soczewek. Filtr interferencyjny gwarantuje określoną długość fali. Dzięki skupieniu światła w punkcie na powierzchni pryzmatu, można uzyskać szeroki zakres różnych kątów. Jak pokazano na rysunku „Schemat ustawienia automatycznego refraktometru”, mierzona próbka styka się bezpośrednio z pryzmatem pomiarowym. W zależności od jego współczynnika załamania światło padające poniżej krytycznego kąta całkowitego odbicia jest częściowo przepuszczane do próbki, podczas gdy przy wyższych kątach padania światło jest całkowicie odbijane. Ta zależność natężenia światła odbitego od kąta padania jest mierzona za pomocą matrycy czujników o wysokiej rozdzielczości. Z sygnału wideo pobranego za pomocą czujnika CCD można obliczyć współczynnik załamania próbki. Ta metoda wykrywania kąta całkowitego odbicia jest niezależna od właściwości próbki. Możliwy jest nawet pomiar współczynnika załamania światła gęstych optycznie silnie absorbujących próbek lub próbek zawierających pęcherzyki powietrza lub cząstki stałe. Ponadto potrzeba tylko kilku mikrolitrów, a próbkę można odzyskać. To określenie kąta załamania jest niezależne od wibracji i innych zakłóceń środowiskowych.

Wpływ długości fali

Współczynnik załamania danej próbki zmienia się wraz z długością fali dla wszystkich materiałów. Ta zależność dyspersyjna jest nieliniowa i charakterystyczna dla każdego materiału. W zakresie widzialnym spadek współczynnika załamania następuje wraz ze wzrostem długości fali. W szklanych pryzmatach obserwuje się bardzo małą absorpcję. W zakresie długości fal podczerwonych pojawia się kilka maksimów absorpcji i fluktuacje współczynnika załamania. Aby zagwarantować wysoką jakość pomiaru z dokładnością do 0,00002 we współczynniku załamania, długość fali musi być prawidłowo określona. Dlatego w nowoczesnych refraktometrach długość fali jest dostrojona do szerokości pasma +/-0,2 nm, aby zapewnić prawidłowe wyniki dla próbek o różnej dyspersji.

Nowoczesne automatyczne refraktometry - źródło obrazu: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com

Wpływ temperatury

Temperatura ma bardzo istotny wpływ na pomiar współczynnika załamania światła. Dlatego temperatura pryzmatu i temperatura próbki muszą być kontrolowane z dużą precyzją. Istnieje kilka subtelnie różniących się konstrukcji do kontrolowania temperatury; ale istnieje kilka kluczowych czynników wspólnych dla wszystkich, takich jak precyzyjne czujniki temperatury i urządzenia Peltiera do kontrolowania temperatury próbki i pryzmatu. Kontrola temperatury tych urządzeń powinna być zaprojektowana tak, aby zmiana temperatury próbki była wystarczająco mała, aby nie powodowała wykrywalnej zmiany współczynnika załamania światła.

Zewnętrzne kąpiele wodne były używane w przeszłości, ale nie są już potrzebne.

Rozszerzone możliwości automatycznych refraktometrów

Automatyczne refraktometry to urządzenia elektroniczne sterowane mikroprocesorem. Oznacza to, że mogą mieć wysoki stopień automatyzacji, a także mogą być łączone z innymi urządzeniami pomiarowymi

Ogniwa przepływowe

Dostępne są różne typy celi pomiarowych, od kuwety przepływowej na kilka mikrolitrów do celi z lejkiem do napełniania do szybkiej wymiany próbek bez czyszczenia pryzmatu pomiarowego. Komórki próbki mogą być również używane do pomiaru próbek trujących i toksycznych przy minimalnej ekspozycji na próbkę. Mikroogniwa wymagają tylko kilku mikrolitrów objętości, zapewniają dobre odzyskiwanie drogich próbek i zapobiegają parowaniu lotnych próbek lub rozpuszczalników. Mogą być również stosowane w zautomatyzowanych systemach do automatycznego napełniania próbki na pryzmat refraktometru. Do wygodnego napełniania próbki przez lejek dostępne są kuwety przepływowe z lejkiem do napełniania. Są one używane do szybkiej wymiany próbek w aplikacjach kontroli jakości.

Automatyczne podawanie próbki

Automatyczny refraktometr ze zmieniaczem próbek do automatycznego pomiaru dużej liczby próbek - źródło obrazu: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com

Gdy automatyczny refraktometr jest wyposażony w kuwetę przepływową, próbkę można napełnić za pomocą strzykawki lub pompy perystaltycznej. Nowoczesne refraktometry posiadają opcję wbudowanej pompy perystaltycznej. Jest to kontrolowane poprzez menu oprogramowania przyrządu. Pompa perystaltyczna otwiera drogę do monitorowania procesów wsadowych w laboratorium lub wykonywania wielu pomiarów na jednej próbce bez interakcji użytkownika. Eliminuje to błąd ludzki i zapewnia wysoką przepustowość próbek.

Jeśli wymagany jest automatyczny pomiar dużej liczby próbek, nowoczesne automatyczne refraktometry można połączyć z automatycznym podajnikiem próbek. Zmieniacz próbek sterowany jest refraktometrem i zapewnia w pełni zautomatyzowane pomiary próbek umieszczonych w fiolkach podajnika próbek do pomiarów.

Pomiary wieloparametrowe

Połączenie pomiarowe automatycznego refraktometru i gęstościomierza szeroko stosowane w przemyśle aromatów i zapachów - źródło obrazu: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com

Dzisiejsze laboratoria chcą nie tylko mierzyć współczynnik załamania próbek, ale także kilka dodatkowych parametrów, takich jak gęstość czy lepkość, aby przeprowadzić skuteczną kontrolę jakości. Dzięki sterowaniu mikroprocesorowemu i wielu interfejsom automatyczne refraktometry są w stanie komunikować się z komputerami lub innymi urządzeniami pomiarowymi, np. gęstościomierzami, pehametrami czy miernikami lepkości, w celu przechowywania danych o indeksie refrakcji i gęstości (i innych parametrach) w jednej bazie danych .

Funkcje oprogramowania

Automatyczne refraktometry nie tylko mierzą współczynnik załamania, ale oferują wiele dodatkowych funkcji oprogramowania, takich jak

  • Ustawienia przyrządu i konfiguracja za pomocą menu oprogramowania
  • Automatyczne zapisywanie danych do bazy danych
  • Konfigurowalne przez użytkownika wyjście danych
  • Eksport danych pomiarowych do arkuszy danych Microsoft Excel
  • Funkcje statystyczne
  • Predefiniowane metody dla różnych rodzajów aplikacji
  • Automatyczne kontrole i regulacje
  • Sprawdź, czy na pryzmacie znajduje się wystarczająca ilość próbki
  • Rejestracja danych tylko wtedy, gdy wyniki są wiarygodne

Dokumentacja farmaceutyczna i walidacja

Refraktometry są często używane w zastosowaniach farmaceutycznych do kontroli jakości surowych produktów pośrednich i końcowych. Producenci farmaceutyków muszą przestrzegać kilku międzynarodowych przepisów, takich jak FDA 21 CFR Part 11, GMP, Gamp 5, USP<1058>, które wymagają dużo pracy z dokumentacją. Producenci automatycznych refraktometrów wspierają tych użytkowników, zapewniając, że oprogramowanie aparatu spełnia wymagania 21 CFR Part 11, z poziomami użytkownika, podpisem elektronicznym i ścieżką audytu. Ponadto dostępne są pakiety weryfikacyjne i kwalifikacyjne zawierające:

  • Plan kwalifikacji (QP)
  • Kwalifikacja projektowa (DQ)
  • Ocena ryzyka
  • Kwalifikacja instalacyjna (IQ)
  • Kwalifikacja operacyjna (OQ)
  • Lista kontrolna 21 CFR część 11 / SOP
  • Kwalifikacja wydajności (PQ)

Zwykle używane wagi

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki