رفرکتومتر چشمی چیست و چه کاربردی دارد

رفراکتومتر وسیله ای آزمایشگاهی است که برای تعیین میزان ناخالصی ماده یا مواد حل شده در آب که با روش عبور تابش نور از لایه ای از آن مایع که ماده مورد نظر در آن حل شده و عبور انکساری (شکست) از منشور شیشه ای بکار میرود. از این ابزار برای ارزشیابی انکساری (°Bx بریکس) آب میوه و سبزیجات و حتی شوری آب و حتی PH آب را آزمایش نمود. انواع بسیاری دارد و بهای آن بر اساس بالا بودن میزان درجه جدول بریکس و بمعنای بهتر، بر اساس دقت و مرغوبیت منشور نصب شده در دستگاه تعیین میشود.

با این روش وزن مخصوص و شیرینی سنجی را با هم ادغام نموده و به مراجعه به جدول بریکس (Brix) ارزش آن را مییابند. در صنایع غذایی و بخصوص در صنایع نوشیدنی ها مورد استفاده دائمی است زیرا شخص فقط با دیدن میوه و چشیدن آن قضاوت در مورد آن نکرده و فقط با استفاده از یک یا دو قطره از عصاره آن میزان و ارزش آن محصول (مثلا انگور) را پیدا میکند. 

کارکرد و خواندن رفراکتومتر بسیار آسان و نیازی به تجربه و مطالعه فراوان ندارد. کافیست یک یا دو قطره از نمونه را روی صفحه شیشه ای حساس دستگاه ریخته ، درپوش محافظ را بسته و صفحه شیشه ای را مقابل نور مستقیم آفتاب یا نور مصنوعی قرار داده و پس از خواندن از روی عدد بریکس نشان داده شده به جدول بریکس (Brix) مراجعه تا میزان در صد وجود ماده مجهول مشخص شود.

برای آنان که از رفراکتومتر استفاده میکنند جدول تصحیح حرارتی نیز کمک موثری است که با آن میتوان دقت آزمایش را بالا برد. در علوم آزمایشگاهی امروز علاوه بر قند میتوان چربی ، شوری و حتی ارزش غذایی را بدست آورد. نمونه آن را حتی برای آزمایش آب آکواریوم ماهی نیز بکار میبرند.

امروزه رفرکتومترهای دیجیتال نیز به بازار ارایه شده که فقط با یک قطره از نمونه در هر درجه حرارتی و بدون مراجعه به جدول بریکس و فقط توسط یک تراشه کوچک تعبیه شده در دستگاه رفراکتومتر دیجیتالی قابل خواندن است. 

شکست سنج یا رفرکتومتر (به انگلیسی: Refractometer)‏ دستگاهی است که کاربردهای آن در صنایع غذایی، دارویی و شیمیایی برای تعیین نوع ماده و غلظت و بریکس می‌باشد این دستگاه قابلیت اندازه گیری ضریب شکست نور و نیز پارامتر " بریکس " را برای یک محلول دارا می‌باشد. بیشترین استفاده در کارخانه‌های آبمیوه و کارخانه‌های قند برای تعیین بریکس محلول قند می‌باشد.

ضریب شکست چیست:

ضریب شکست، نسبت سرعت نور در دو محیط مختلف است. سرعت نور در محیط 1 به سرعت نور در محیط 2 به عنوان ضریب شکست تعریف می‌گردد. بوسیله تغییر غلظت محیط‌ها و جنس و دمای محیط این ضریب تغییر می‌کند.

هنگامی که پرتو نور از محیطی به محیط دیگر با غلظتی متفاوت وارد می شود، به علت تغییر سرعت عبور، مسیر آن منحرف می‌شود. این پدیده شکست نور "Refraction" نامیده می شود. در صورتیکه محيط دوم چگال تر از محيط اول باشد نور به خط عمود نزديک‌تر می شود. و در صورتی که غلظت کمتری داشته باشد از خط عمود بر سطح دور می‌شود.

ضريب شكست يك ماده (n) عبارتست از: 
نسبت سرعت عبور نور در خلا (c ) به سرعت عبور نور از آن ماده (vi). 

اساس کار شکست سنج در تابش نور به شرط تکفام بودن آن و هدایت آن به سمت محلول مورد نظر و عبور آن می‌باشد که چون این دو محیط با هم تفاوت دارند، نور شکسته شده و با ضریب شکست محدود قابل دریافت است. میزان شکست نور مانند اثر انگشت برای محلول‌های با غلظت یکسان و در دما فشار برابر منحصر به فرد می‌باشد.

انواع رفرکتومتر 

اولین بار ارنست کارل آبه از مهندسان کارخانه کارل زایس آلمان این دستگاه رادر اواخر دهه 1800 میلادی طراحی کرد. در حال حاضر 4 نوع شکست سنج موجود می‌باشد:

شکست سنج یا رفرکتومتر دستی آنولوگ
شکست سنج یا رفرکتومتر آبه رومیزی
شکست سنج یا رفرکتومتر دستی دیجیتال
شکست سنج یا رفرکتومتر آنلاین
 

ضریب شکست:
یکی دیگر از راههای شناسایی و تشخیص ترکیبات آلی استفاده از ثابت فیزیکی ضریب شکست نور در یک مایع مجهول میباشد.

سرعت انتقال نور در محیطهای مختلف متفاوت است. انحراف شعاع نور در هنگام عبور از حد فاصل دو محیط مختلف یکی از نتایج مستقیم و قابل رویت این اختلاف است. انحراف نور به علت تغییر سرعت آن است.

زاویه شکست نور (زاویه انحراف) به دانسیته محیط، نوع مولکولهای موجود، درجه حرارت محیط و طول موج نور بستگی دارد. چنانچه محیطی مانند هوا به عنوان مقیاس انتخاب شود و زوایای شکست با یک طول موج یکنواخت در یک درجه حرارت یکسان اندازه گیری شود، در این صورت زوایای اندازه گیری شده یکی از خواص محیط ثانوی در حد فاصل مربوط است و میتوان از آن به عنوان یک خصلت مشخص جسم سازنده آن محیط استفاده کرد.

مقداری که عملا به صورت ثابت فیزیکی یک مایع گزارش میشود، زاویه شکست آن نیست بلکه ضریب شکستی (n) است که از معادله زیر تعیین میشود:

n=sin i / sin p

در اینجا i زاویه ای است که نور ورودی (در هوا) با خط عمود بر سطح حد فاصل میسازد و p زاویه ای است که نور شکسته شده (در مایع) با این خط به وجود می آورد. نور تکفام مقادیر دقیق تری از نور معمولی میدهد و از این جهت ضرایب شکست را اکثرا نسبت به خط D سدیم (598.3 mμ = λ طول موج) گزارش میکنند. این نور را به صورت پایه و درجه حرارت را به صورت توان نشان میدهند (مانند nD20 = 1.3330). 

رفراکتومتر Abbe دستگاهی است که غالبا شیمیدانها از آن استفاده میکنند. در این رفراکتومتر از نور معمولی به عنوان منبع نور استفاده میشود، ولی با یک موازنه ای که در یک سیستم منشوری به عمل می آید، ضریب حاصل نسبت به خط D سدیم به دست می آید.

از ضریب شکست هم برای شناسایی و هم تعیین مقدار مواد محاسبه می شود.
برای کالیبراسیون و تعیین میزان خطای دستگاه از مواد در دسترس مانند آب مقطر (1.3325= n) استفاده می کنیم. البته در کار ما، چون در همه نتایج یک خطای ثابت ایجاد می شود می توان آن را در نظر نگرفت. پرمصرف ترین رفرکتومتر، رفرکتومتر Abbe است و مزیت آن این است که با نور سفید معمولی کار می کند.

اجزاء و قسمتهای مختلف دستگاه رفرکتومتر

1- دو منشور
- انتشار دهنده Diffusing prism
- شکست دهنده Refracting prism
جسم با بازکردن دو منشور، بین آنها قرار می گیرد. نور وارد منشور انتشار دهنده می شود و به یک g خاص تبدیل می شود (تجزیه می شود)، این نور با g مشخص وارد جسم شده و سپس وارد منشور Refracting می شود. (ورود نور از محیط رقیق به غلیظ).
2- دو عدد لنز
- لنز تصویر
- لنز n (ضریب شکست)
در لنز تصویر، زمانی تصویر تنظیم خواهد بود که نیم دایره بالا روشن و نیم دایره پایین تیره باشد.
3- دو پیچ تنظیم: جهت تنظیم تصویر
پیچ بزرگتر (پایین) نیم دایره تیره را بالا و پایین می برد (این نیم دایره در تنظیم باید وسط باشد)
پیچ دیگر (بالا) خطوط رنگی بین دو نیم دایره را تنظیم می کند (باید در جایی بگذاریم که خطوط رنگی بین دو نیم دایره (قرمز و آبی) از بین برود یا حداقل خطوط رنگی را ببنیم.
4- ترمومتر: جهت گزارش دمای اندازه گیری
جهت ثابت نگه داشتن دما، می توان از جریان آب 20 درجه سانتیگراد استفاده کرد.
{جهت تنظیم لنز تصویر، (مشاهده تصویر) باید چراغ مطالعه در حالی که سرپایین است روشن باشد اما پس از تنظیم خاموش و سپس اعداد خوانده شود زیرا روشون بودن زیاد چراغ (به دلیل ایجاد حرارت) سبب تغییر ضریب شکست می شود.}
قبل از هر بار ریختن محلول، منشورها کاملا تمیز می شود با مقدار کمی از محلول موردنظر، شستشو داده می شد.
عدد صحیح ضریب شکست در میدان دید لنز تصویر مشاهده نمی شود وخودمان باید عدد صحیح یک را اضافه کنیم.
و اعداد خوانده شده همگی جزئ ارقام اعشاری خواهند بود که تا 4 رقم اعشاری گزارش
می شود. اما چون فاصله هر دو خط نشانه 0.1 است، آخرین رقم اعشاری تقریبی تخمین زده می شود. مثلا خواندن عدد 37/34= ضریب شکست 1.3734

برای اهداف کاربردی به جای خلاء به عنوان مرجع از هوا استفاده می کنند چرا که ضریب شکست آن بسیار نزدیک به خلاء است.
ضریب شکست مانند نقطه ذوب از خواص فیزیکی مواد است. رفركتومتري به معنی تعيين ضريب شكست گازها، مایعات و جامدات نیمه شفاف، به‌وسيله دستگاه رفركتومتر است. می توان از این مشخصه، برای شناسایی مواد یا ارزیابی خلوص آن استفاده کرد. با معین شدن ضريب شكست، علاوه بر شناسايي مواد مقدار آن را نیز می توان محاسبه کرد.
دستگاه رفرکتومتر کاربرد زیادی در صنایع گوناگون دارد. به عنوان مثال براي اندازه‌گيري غلظت نمك طعام در حوضچه‌هاي پرورش ماهي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در صنایع غذایی نیز این دستگاه کاربرد بسیار زیادی دارد مثلا 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 مهم‌ترین کاربرد آن تعیین غلظت Urine در آزمایشگاه است.
بریکس واحدی است که بیان کننده مقدار ذرات جامد موجود در یک محلول است و اصولا به غلظت و ویسکوزیته وابسته است.

اساس کار رفرکتومتر :

اساس کار رفرکتومتر در تابش نور به شرط تکفام بودن آن و هدایت آن به سمت محلول مورد نظر و عبور آن است که چون این دو محیط با هم تفاوت دارند ، نور شکسته شده و با ضریب شکست محدود قابل دریافت است. میزان شکست نور مانند اثر انگشت برای محلول‌های با غلظت یکسان و در دما فشار برابر منحصر به فرد است. درون رفرکتومتر خط نوری دیده می شود که با منشورها و لنزهای مختلف به وجود می آید. این خط نور با کمک عدسی سر دوربین توسط کاربر قابل مشاهده است.
در دستگاه رفركتومتر نور از محيط رقيق وارد محیط غليظ مي شود. که محيط رقيق، مايع يا محلول موردنظر و محيط غليظ، منشور دستگاه است. در واقع، در عمل، ضريب شكست محلول و منشور نسبت به هم سنجيده میشود.

رابطه بین ضریب شکست و غلظت تا حدود 2-10 یک رابطه خطی است که بر اساس همان می توان با تایید ضریب شکست یک محلول غلظت آن‌را با استفاده از نمودار خطی در فاصله حدود 2-10 مولار بدست آورد.               

ساختار رفرکتومتر :

دستگاه رفركتومتر از اجزاء و قسمت‌هاي زیر تشکیل شده است:

1- دو منشور که یکی انتشار دهنده Diffusing prism و دیگری شكست دهنده Refracting prism است. نمونه مورد نظر بین این دو منشور مشخصgقرار مي گيرد. نور وارد منشور انتشار دهنده شده و تجزيه مي شود، اين نور با وارد نمونه مورد آزمایش شده و سپس به منشور Refracting مي رود. (ورود نور از محيط رقيق به غليظ). قبل از هر بار ريختن محلول، منشورها كاملا تميز شده و با مقدار كمي از محلول موردنظر، شستشو داده مي شود.

2- دو لنز که یکی لنز تصوير و دیگری لنز n (ضريب شكست) است.

3- ترمومتر: جهت تنظیم و گزارش دما

4- پیچ هایی جهت تنظیم تصویر

برای استفاده از این رفرکتومترها چند قطره از نمونه مورد نظر روی منشور قرار داده می شود. (در صورتی که این مقدار کم باشد دستیابی به نتیجه مطلوب سخت می‌شود و در صورت زیاد بودن ترشح مایع با اطراف منجر به آلودگی می شود) پس از محکم کردن منشور، لامپ مقابل آن قرار می گیرد. پس از شروع به کار کردن دستگاه می توان مقدار نوردهی عدسی ها را به کمک ناب موجود روی دستگاه تغییر داد. نتایج به صورت آنالوگ در این دستگاهها نشان داده می شود و باید همراه دما، به صورت دستی ثبت شود. پس از هر بار اندازه گیری باید دستگاه را برای تست بعدی تمیز کرد.

رفرکتومترهای نسل جدید

بخش اپتیک این مدل مشابه رفرکتومترهای قدیمی تر است، عملکرد آن نیز مشابه است. هنگام نمونه دهی باید به اندازه ای استفاده شود که کاملا منشور را بپوشاند اما نه بیشتر. برای تنظیم کانون عدسی باز هم از پیچ روی دستگاه استفاده می کنیم تا زمانی که علامت ضربدر واضح شود. (اگر تیره تر بود پادساعتگرد و اگر روشن تر بود ساعتگرد) سپس با فشار دادن دگمه READ مقدار ضریب شکست بر LED جلوی دستگاه نمایان می شود. در مدل های جدید تر توسط ترمومتری دما نیز اندازه گیری شده و همراه نتایج به صورت دیجیتال ثبت می‌شود.
در استفاده مداوم از این دستگاه مهم ترین مساله تمیز کردن دقیق آن است. گرد و غبار و ذرات ریز بزرگترین دشمن دقت اندازه گیری است. برای پرهیز از ساییده شدن صفحه شیشه ای منشورها بهتر است برای پاک کردن از گوی پنبه ای استفاده نموده و به آرامی گرد و غبار را بزدایید. سپس آن‌را با پنبه جدید و الکل شستشو دهید.

قیمت انواع رفرکتومتر 

در رفرکتومترهای چشمی بسته به رنج بریکس یا ضریب شکست آنها و همچنین دقت اندازه گیزی انها که با عنوان رفرکتومترهای تک ستون یا چند ستون شناسایی میشوند و همچنین کمپانی سازنده آنها باعث میشود تنوع بسیار بالایی از قیمت ها برای خرید رفرکتومتر پیش روی مصرف کننده قرار گیرد.

نوع رفرکتومترهای دیجیتال هم بسته به رومیزی یا پرتابل بودن آنها و همچنین قابلیت تطبیق دمایی و یا نداشتن این قابلیت در قیمت آنها بسیار تاثیرگذار است 

برای خرید مطمئن و مشاوره رایگان در خصوص انتخاب رفرکتومتر مناسب با فعالیت خود و یا خرید انواع تجهیزات و ملزومات آزمایشگاهی میتوانید با کارشناسان شرکت فرنام تشخیص بدون محدودیت در ارتباط باشید. ما این اطمینان را به شما میدهیم تا با رعایت اصول مشتری مداری در راستای رفع نیاز آزمایشگاهی در کنار شما خواهیم بود.