Refractometru - Refractometer
Un refractometru este un dispozitiv de laborator sau de câmp pentru măsurarea unui indice de refracție ( refractometrie ). Indicele de refracție este calculat din unghiul de refractie observat folosind legea lui Snell . Pentru amestecuri, indicele de refracție permite apoi determinarea concentrației folosind reguli de amestecare, cum ar fi relația Gladstone-Dale și ecuația Lorentz-Lorenz .
Refractometrie
Refractometrele standard măsoară gradul de refracție a luminii (ca parte a unui indice de refracție) a substanțelor transparente, fie în stare lichidă, fie în stare solidă; aceasta este apoi utilizată pentru a identifica o probă lichidă, a analiza puritatea probei și a determina cantitatea sau concentrația substanțelor dizolvate din probă. Pe măsură ce lumina trece prin lichidul din aer, aceasta va încetini și va crea o iluzie de „îndoire”, severitatea „îndoirii” va depinde de cantitatea de substanță dizolvată în lichid. De exemplu, cantitatea de zahăr dintr-un pahar cu apă.
Tipuri de refractometre
Există patru tipuri principale de refractometre: refractometre portabile tradiționale , refractometre digitale portabile , refractometre de laborator sau Abbe (denumite pentru inventatorul instrumentului și bazate pe designul original al „unghiului critic” al lui Ernst Abbe) și refractometre de proces în linie . Există, de asemenea, Refractometrul Rayleigh utilizat (de obicei) pentru măsurarea indicilor de refracție a gazelor.
În medicina de laborator , un refractometru este utilizat pentru a măsura proteinele plasmatice totale dintr-o probă de sânge și greutatea specifică a urinei într-o probă de urină.
În diagnosticarea medicamentelor, un refractometru este utilizat pentru a măsura greutatea specifică a urinei umane.
În gemologie , refractometrul pentru pietre prețioase este unul dintre echipamentele fundamentale utilizate într-un laborator gemologic. Pietrele prețioase sunt minerale transparente și, prin urmare, pot fi examinate folosind metode optice. Indicele de refracție este o constantă materială, dependentă de compoziția chimică a unei substanțe. Refractometrul este utilizat pentru a ajuta la identificarea materialelor prețioase prin măsurarea indicelui lor de refracție, una dintre principalele proprietăți utilizate în determinarea tipului de piatră prețioasă. Datorită dependenței indicelui de refracție de lungimea de undă a luminii utilizate ( adică dispersie ), măsurarea se face în mod normal la lungimea de undă a liniei de sodiu D-line (Na D ) de ~ 589 nm. Aceasta este fie filtrată din lumina zilei, fie generată cu o diodă emițătoare de lumină monocromatică ( LED ). Anumite pietre precum rubinele, safirele, turmalinele și topazul sunt optic anizotrope . Ele demonstrează birefringența pe baza planului de polarizare al luminii. Cei doi indici de refracție diferiți sunt clasificați folosind un filtru de polarizare . Refractometrele din piatră prețioasă sunt disponibile atât ca instrumente optice clasice, cât și ca dispozitive electronice de măsurare cu afișaj digital .
În păstrarea acvariului marin , un refractometru este utilizat pentru a măsura salinitatea și greutatea specifică a apei.
În industria automobilelor , un refractometru este utilizat pentru a măsura concentrația lichidului de răcire.
În industria mașinilor , un refractometru este utilizat pentru a măsura cantitatea de concentrat de lichid de răcire care a fost adăugat lichidului de răcire pe bază de apă pentru procesul de prelucrare.
În fabricarea de acasă , un refractometru de fabricare a berii este utilizat pentru a măsura greutatea specifică înainte de fermentație, pentru a determina cantitatea de zaharuri fermentabile care pot fi convertite în alcool.
Refractometrele Brix sunt adesea folosite de pasionați pentru prepararea conservelor, inclusiv gemuri, marmelade și miere. În apicultură , un refractometru brix este utilizat pentru a măsura cantitatea de apă din miere.
Refractometru Bausch & Lomb Abbe, cca. 1919-1926
Refractometru Gemology ER604 folosit pentru testarea îndoirii ușoare în pietre prețioase; prin amabilitatea A.KRÜSS Optronic GmbH
Refractometru manual
Un cultivator de struguri de vin cu refractometru
Evaluarea densității lichidului abdominal al unei pisici cu peritonită infecțioasă felină printr-un refractometru.
Refractometru automat pe bancă
Refractometre automate
Refractometrele automate măsoară automat indicele de refracție al unei probe. Măsurarea automată a indicelui de refracție al eșantionului se bazează pe determinarea unghiului critic de reflexie totală. O sursă de lumină, de obicei un LED cu durată lungă de viață, este focalizată pe o suprafață prismatică printr-un sistem de lentile. Un filtru de interferență garantează lungimea de undă specificată. Datorită focalizării luminii către un punct de pe suprafața prismei, este acoperită o gamă largă de unghiuri diferite. Așa cum se arată în figura "Configurarea schematică a unui refractometru automat" , proba măsurată este în contact direct cu prisma de măsurare. În funcție de indicele său de refracție, lumina de intrare sub unghiul critic de reflexie totală este parțial transmisă în eșantion, în timp ce pentru unghiuri mai mari de incidență, lumina este reflectată total. Această dependență a intensității luminii reflectate de unghiul incident este măsurată cu un set de senzori de înaltă rezoluție. Din semnalul video luat cu senzorul CCD se poate calcula indicele de refracție al eșantionului. Această metodă de detectare a unghiului de reflexie totală este independentă de proprietățile eșantionului. Este chiar posibil să se măsoare indicele de refracție al probelor cu densitate optică puternic absorbante sau al probelor care conțin bule de aer sau particule solide. În plus, sunt necesari doar câțiva microlitri și proba poate fi recuperată. Această determinare a unghiului de refracție este independentă de vibrații și alte perturbări ale mediului.
Influența lungimii de undă
Indicele de refracție al unei probe date variază în funcție de lungimea de undă pentru toate materialele. Această relație de dispersie este neliniară și este caracteristică pentru fiecare material. În domeniul vizibil, o scădere a indicelui de refracție vine odată cu creșterea lungimii de undă. În prismele de sticlă se observă foarte puțină absorbție. În domeniul lungimii de undă în infraroșu apar mai multe maxime de absorbție și fluctuații ale indicelui de refracție. Pentru a garanta o măsurare de înaltă calitate cu o precizie de până la 0,00002 în indicele de refracție, lungimea de undă trebuie determinată corect. Prin urmare, în refractometrele moderne, lungimea de undă este reglată la o lățime de bandă de +/- 0,2 nm pentru a asigura rezultate corecte pentru probele cu dispersii diferite.
Influența temperaturii
Temperatura are o influență foarte importantă asupra măsurării indicelui de refracție. Prin urmare, temperatura prismei și temperatura probei trebuie controlate cu precizie ridicată. Există mai multe modele subtil diferite pentru controlul temperaturii; dar există câțiva factori cheie comuni tuturor, cum ar fi senzorii de temperatură de înaltă precizie și dispozitivele Peltier pentru a controla temperatura eșantionului și prisma. Controlul temperaturii acestor dispozitive trebuie proiectat astfel încât variația temperaturii eșantionului să fie suficient de mică încât să nu provoace o modificare detectabilă a indicelui de refracție.
Baile de apă externe au fost folosite în trecut, dar nu mai sunt necesare.
Posibilități extinse ale refractometrelor automate
Refractometrele automate sunt dispozitive electronice controlate de microprocesor. Aceasta înseamnă că pot avea un grad ridicat de automatizare și, de asemenea, pot fi combinate cu alte dispozitive de măsurare
Celule de flux
Există diferite tipuri de celule de probă disponibile, variind de la o celulă de flux pentru câțiva microlitri până la celule de probă cu o pâlnie de umplere pentru schimb rapid de probe fără a curăța prisma de măsurare între ele. Celulele probei pot fi, de asemenea, utilizate pentru măsurarea probelor otrăvitoare și toxice cu expunere minimă la probă. Microcelulele necesită doar câțiva microlitri de volum, asigură o bună recuperare a probelor costisitoare și previn evaporarea probelor volatile sau a solvenților. Ele pot fi, de asemenea, utilizate în sisteme automate pentru umplerea automată a probei pe prisma refractometrului. Pentru umplerea convenabilă a probei printr-o pâlnie, sunt disponibile celule de flux cu o pâlnie de umplere. Acestea sunt utilizate pentru schimbul rapid de probe în aplicațiile de control al calității.
Alimentarea automată a probelor
Odată ce un refractometru automat este echipat cu o celulă de flux, proba poate fi fie umplută cu ajutorul unei seringi, fie folosind o pompă peristaltică. Refractometrele moderne au opțiunea unei pompe peristaltice încorporate. Acest lucru este controlat prin meniul software al instrumentului. O pompă peristaltică deschide calea de a monitoriza procesele discontinue în laborator sau de a efectua mai multe măsurători pe un eșantion fără interacțiunea utilizatorului. Aceasta elimină erorile umane și asigură un randament ridicat al eșantionului.
Dacă este necesară o măsurare automată a unui număr mare de probe, refractometrele automate moderne pot fi combinate cu un schimbător automat de probe. Schimbătorul de probe este controlat de refractometru și asigură măsurători complet automatizate ale probelor plasate în flacoanele schimbătorului de probe pentru măsurători.
Măsurători multiparametrice
Laboratoarele de astăzi nu doresc doar să măsoare indicele de refracție al probelor, ci mai mulți parametri suplimentari, cum ar fi densitatea sau vâscozitatea, pentru a efectua un control al calității eficient. Datorită controlului microprocesorului și a mai multor interfețe, refractometrele automate sunt capabile să comunice cu computerele sau alte dispozitive de măsurare, de exemplu, densimetre, pH-metri sau vâscozitate, pentru a stoca date referitoare la indicii de refracție și date de densitate (și alți parametri) într-o singură bază de date .
Caracteristici software
Refractometrele automate nu numai că măsoară indicele de refracție, ci oferă o mulțime de caracteristici software suplimentare, cum ar fi
- Setări instrument și configurare prin meniul software
- Înregistrarea automată a datelor într-o bază de date
- Ieșire de date configurabilă de utilizator
- Exportul datelor de măsurare în fișele de date Microsoft Excel
- Funcții statistice
- Metode predefinite pentru diferite tipuri de aplicații
- Verificări și ajustări automate
- Verificați dacă există o cantitate suficientă de probă pe prismă
- Înregistrarea datelor numai dacă rezultatele sunt plauzibile
Documentare și validare Pharma
Refractometrele sunt adesea utilizate în aplicații farmaceutice pentru controlul calității produselor brute intermediare și finale. Producătorii de produse farmaceutice trebuie să respecte mai multe reglementări internaționale, cum ar fi FDA 21 CFR Partea 11, GMP, Gamp 5, USP <1058>, care necesită multă muncă de documentare. Producătorii de refractometre automate sprijină acești utilizatori, cu condiția ca software-ul instrumentelor să îndeplinească cerințele 21 CFR partea 11, cu niveluri de utilizator, semnătură electronică și pistă de audit. Mai mult, sunt disponibile pachete de validare și calificare Pharma care conțin
- Plan de calificare (QP)
- Calificarea proiectării (DQ)
- Analiza de risc
- Calificarea instalării (IQ)
- Calificare operațională (OQ)
- Lista de verificare 21 CFR Partea 11 / SOP
- Calificarea performanței (PQ)
Scări utilizate în mod obișnuit
Vezi si
Referințe
Lecturi suplimentare
- Sella, Andrea (noiembrie 2008). „Refractometrul lui Abbé” . Lumea chimiei : 67.
linkuri externe
- Refractometru - Gemstone Buzz utilizează, procedură și limitări.
- Refractometru Rayleigh: Principii operaționale
- Refractometrele și refractometria explică modul în care funcționează refractometrele.
