Рефрактометр для чего используется. Применение рефрактометров в фармацевтике

Рефрактометр (рис.2а) предназначен для измерения коэффициента преломления растворов различных веществ. Принцип действия рефрактометра при измерении показателя преломления прозрачных растворов состоит в измерении предельного угла преломления на границе исследуемой жидкости и стеклянной призмы с известным коэффициентом преломления. Рефрактометр состоит из двух призм: вспомогательной откидной призмы (1) с матовой; гранью (2) и измерительной призмы (3). Между ними имеется тонкий зазор толщиной 0,1 мм, в который помещается несколько капель исследуемой жидкости (4). Измеряется предельный угол преломления на границе жидкость - измерительная призма. Встроенный в прибор компенсатор позволяет сделать границу свет - тень черно-белой при освещении белым светом. Отсчеты производятся глазом (7).

Рефрактометр работает следующим образом. Луч света проходит через вспомогательную откидную призму (1) и рассеивается на нижней грани (2). При этом рассеянные лучи распространяются во всех направлениях, в том числе и параллельно поверхности измерительной призмы (3) (рис. 26).

Далее эти лучи преломляются на границе жидкость (4) - измерительная призма (3), и, пройдя сквозь эту призму (3), попадают в устройство (5). Если граница свет - тень оказалась окрашенной и размытой, надо с помощью компенсатора (6) добиться резкой черно-белой белой границы. Конструкция отсчетного устройства позволяет при повороте специального рычага совместить границу свет - тень с маркером отсчетного устройства. При этом маркер показывает на встроенной шкале непосредственно значения коэффициента преломления .

Рис. 2.а, б- блок-схема рефрактометра: 1 - вспомогательная откидная при­зма с матовой нижней гранью (2); 3 - измерительная призма; 4 - исследуемая жидкость; 5 - отсчетное устройство; 6 - компенсатор; 7 - глаз; б - схема рас­сеяния света матовой нижней гранью (2) откидной призмы

Устройство и назначение эндоскопа

Эндоскопия -- вра­чебный метод исследования полостных органов тела (например, моче­вого пузыря, пищевода, желудка) при непосредственном осмотре их с помощью введения в них специальных инструментов - так назы­ваемых эндоскопов. Эндоскоп фактически представляет собой мик­роскоп с небольшим увеличением, приспособленный для введения в полость, то есть имеющий малый диаметр при большой длине тубуса.

Рис. 3. Распространение луча в световоде

В настоящее время широко используются гибкие эндоскопы, в которых для передачи изображения используется не система линз, а световоды - стеклянные нити диаметром 10-50 мкм.

В основу уст­ройств гибких световодов положено явление полного внутреннего отражения света. Стеклянная нить в световоде окружена оболочкой из другого вещества с меньшим показателем преломления (рис.3а). Вследствие этого лучи, падающие на поверхность раздела двух сред под углом, а > а пво распространяются по сердцевине волокна, не выходя за нее (рис.36). Тем самым, световод позволяет передавать свет на значительные расстояния, как по прямолинейному, так и по криволинейному пути.

С помощью отдельного световода диаметром 5-20 мкм удобно освещать полости, но неудобно получать изображение предметов. Поэтому, как правило, изображение предметов переносится с помо­щью стекловолоконного жгута, составленного из отдельных волокон.

Схема используемого в работе рефрактометра для определения показателя преломления жидких веществ представлена на рисунке 1.

К работе с рефрактометром допускаются лица, усвоившие необходимый инструктаж. Порядок работы на приборе включает:

1. Установку нуль-пункта рефрактометра по дистиллированной воде. Граница светотени должна находиться на делении 1,33299. Для установки нуль-пункта надо:

Промыть камеру 6 дистиллированной водой и насухо вытереть льняной салфеткой;

Оплавленным концом стеклянной палочки нанести на плоскость измерительной призмы одну-две капли дистиллированной воды и закрыть крышку камеру 6;

Закрыть заслонку 7 и откинуть зеркало;

Вращением маховика 2 границу светотени установить в поле зрения окуляра 4;

Вращением маховика 5 установить резкость границ светотени;

Вращением маховика 2 установить границу светотени точно на перекрестие и по шкале показателей преломления снять отсчет.

2. Измерение показателя преломления исследуемого образца проводят аналогично измерению показателя преломления дистиллированной воды при установке нуль-пункта. После совмещения границы светотени с перекрестием сетки производят отсчет по шкале показателей преломления. Измерение необходимо проводить 3 раза. Среднее арифметическое трех обсчетов является конечным результатом измерений.

3. После проведения измерений протереть камеру, промыть, досуха вытереть. Плавно закрыть крышку камеры.

корпус; 2 - маховик; 3 - заглушка; 4- окуляр; 5 - маховик; 6 - камера осветительной призмы; 7 - заслонка; 8 - осветитель; 9 - термометр; 10 - блок питания; 11 - оправа измерительной призмы; 12 – упаковка

Рисунок 1 − Рефрактометр ИРФ-454 Б2М

Порядок выполнения работы

1. Изучить порядок выполнения эксперимента и тщательно ознакомиться с правилами работы на рефрактометре и аналитических весах.

2. Получить допуск к работе и задание на выполнение эксперимента.

3. Определить показатель преломления жидких органических веществ на рефрактометре.

4. Определить плотность вещества с помощью пикнометра.

Для этого определить массу пустого пикнометра g 0 , массу пикнометра с исследуемой жидкостью g в-ва и массу пикнометра с жидкостью известной плотности, в данном случае с водой
.

6. Определив рефракцию, плотность и показатель преломления вещества экспериментально, сравнить полученные значения с табличными, используя при этом визуальную информацию о состоянии вещества (цвет, запах) и познания в области органической химии. Сделать предварительные выводы о структуре вещества, выписывая из справочника вещества, близкие по значениям указанных параметров.

7. Вычислить по правилу аддитивности рефракцию веществ и определить его структуру окончательно.

8. Полученные результаты оформить в виде таблиц 1, 2, 3.

9. Привести рабочее место в порядок и приступить к оформлению отчета.

Таблица 1 - Результаты определения показателя преломления п и плотности d в-ва

Показатель преломления, п		Результаты определение плотности раствора
Результаты трех измерений	п ср	g 0 , г	g в-ва , г	, г	, г/мл	d в-ва , г/мл

Таблица 2 - Результаты предварительного определения структуры вещества (по справочным данным) с близкими значениями п и d в-ва

Таблица 3 - Определение рефракции вещества R M

Рефрактометрия, выполняющаяся с помощью рефрактометров, является одним из распространённых методов идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ.

Рефрактометр для фармацевтической промышленности и медицины:

• контролировать концентрацию и чистоту реагентов (к примеру - аскорбиновой кислоты и цетогулоновой кислоты при производстве витамина С);
• контролировать чистоту синтезированных лекарств (и прочих продуктов тонкого органического синтеза);
• в больницах и аптеках: анализировать качество лекарств в соответствии со стандартами фармакопей; ГОСТом; внутренними стандартами;
• в медицинских лабораториях и клинических исследованиях: анализировать тканевые жидкости, секреты, экстракты, растворы белков, качество реагентов

Рефрактометр для химической промышленности, НИИ и ВУЗов:

• контролировать качество реагентов, промежуточных и конечных продуктов; характеризовать новые синтезированные вещества; измерять концентрацию:
• контролировать степень полимеризации в процессах производства пластмассы и синтетической смолы
• измерять концентрацию водной смеси коллоидной кремниевой кислоты
• измерять концентрацию во время роста кристаллов
• определять концентрацию кислот (уксусной, серной, соляной и проч.); растворимых солей металлов (сульфатов, хлоридов, фосфатов и проч.); органических растворителей (спиртов, гликолей, аминов, пирролидонов и проч.) в бинарных растворах, а также при ректификации или регенерации растворителей;

Рефрактометр для пищевой и биохимической промышленности:

• контролировать качество при производстве и анализе соевого молока, соусов, кетчупов, майонезов, консервированных сиропов, супов, горчицы, детского питания, меда, желе, джемов, мороженого и прочих продуктов:
• контролировать концентрацию и чистоту растворов сахарозы при производстве сахара (% Brix, % RDS, чистота);
• непрерывно анализировать состав паст и густых веществ: мелассы, меда, пюре, джема, пектина;
• управлять технологическим процессом производства молочных продуктов, измеряя концентрацию лактозы и содержание сухих веществ по ареометру Брикса;
• анализировать продукты и сырье, полуфабрикаты, кондитерские и мучные изделия;
• контролировать качество и состав вкусо-ароматических добавок

Рефрактометр для производства напитков:

• анализировать состав и контролировать качество пива, сусла, фруктовых соков, экстракта кофе, напитков на лактозе, газированных напитков, сиропов
• непрерывно измерять сахаристость в безалкогольных напитках и сладостях;
• непрерывно измерять исходное холодное сусло при производстве пива;
• измерить свежеотжатое винное сусло (°Öchsle) и виноградный сок;
• анализировать пиво (измерение содержания алкоголя, сусла и исходного сусла) (в сочетании с измерением плотности)

Рефрактометр для косметической промышленности:

• анализировать качество кремов, парфюмерии, эмульсий, воска, шампуней, лосьонов, моющих средств

Рефрактометр для авиационной промышленности:

• измерять концентрацию ингибитора замерзания топлива (монометилового эфира диэтиленгликоля, DiEGME) в авиационном топливе

Рефрактометр для автомобильной промышленности:

• измерять содержание антифриза в охлаждающей жидкости; проверить аккумулятор

Рефрактометр для поизводства волокна и текстильной промышленности:

• контролировать концентрацию прядильных растворов, растворов капролактама, поликарбонатов и прядильного раствора из целлюлозы

Рефрактометр для газовой и нефтехимической промышленности:

• анализировать состав масел, смазок, воска, смазочных масел, твердых масел. При транспортировке природного газа - контролировать концентрацию водной смеси моноэтиленгликоля

Рефрактометр для создания и производства конструкционных материалов:

• анализировать гипс, песок, добавки к антифризам, искусственные состариватели, концентраты

Рефрактометр для металло индустрии:

• анализировать состав и качество охлаждающих смазок

Рефрактометр для производства бумаги и клея:

• определить концентрацию крахмалов и содержание сухих веществ в клеях на основе крахмала и казеина

Рефрактометр для экологического мониторинга:

• измерять максимальное содержание сухого остатка в сточных водах (в градусах Brix или % по массе) в сочетании с контролем мутности жидкой среды с целью обнаружения утечек.

– это оптический инструмент, предназначенный для измерения концентрации растворов с помощью явления преломления света. Термин «рефракция » (от лат. refractus - преломленный и греч. metreo - измеряю) был введен в науку Ньютоном в начале 18-го века.

Типы рефрактометров

Среди современных рефрактометров можно выделить промышленные, лабораторные и портативные.

Промышленные и лабораторные рефрактометры предназначены для исследования веществ в научных лабораториях и контроля технологических процессов на производстве. Они имеют высокую точность измерений и сравнительно большие размеры.

Портативные рефрактометры предназначены для оперативного контроля веществ в лаборатории, на производстве или в полевых условиях. В свою очередь, портативные рефрактометры делятся на цифровые и ручные.

Цифровые портативные рефрактометры имеют жидкокристаллический экран, на котором отображается результат измерений. Обычно они также обладают дополнительными функциями, такими как одновременное измерение плотности и коэффициента преломления раствора, преобразование результатов в различные единицы измерения, поддержание температуры образца и прочее.

Имеют компактные размеры и не содержат никаких электронных схем и элементов питания, что позволяет с легкостью использовать их для измерений как на производстве, так и в домашних условиях. Сегодня такие рефрактометры очень популярны, благодаря своей точности, удобству эксплуатации, портативности и приемлемой цены.

Принцип действия ручных рефрактометров

Принцип действия рефрактометра базируется на использовании явления преломления света. При переходе из одного вещества в другое луч света отклоняется от прямолинейного направления на некоторый угол. Соотношение угла вхождения луча света в вещество и угла преломления его на границе раздела двух сред называется коэффициентом (показателем) преломления.

Строение рефрактометра схематически изображено на рисунке ниже. Основным оптическим элементом рефрактометра является главная призма, на которую наносится исследуемое вещество. Главная призма состоит из материала с высоким показателем преломления.

Благодаря этому, падающий свет, проходя через вещество и призму, преломляется под достаточно большим углом. Далее, через систему оптических линз, свет попадает на шкалу рефрактометра (проградуированную окружность). В зависимости от угла преломления луч света оказывается выше или ниже на шкале прибора. Освещенная часть шкалы при этом будет светлой; та часть, на которую луч света не попадет окажется темной. Величина угла преломления света зависит от состава раствора и его концентрации. Таким образом, по положению границы раздела между светом и тенью можно однозначно определить коэффициент преломления или оптическую плотность исследуемого раствора.

Нужно, однако, иметь ввиду, что показатель преломления вещества также зависит от температуры. Некоторые модели ручных рефрактометров учитывают влияние температуры с помощью функции ATC (Automatic Temperature Compensation System – система автоматической компенсации температуры). Внутри их корпуса находится биметаллическая пластина. Она сжимается или растягивается в зависимости от перепадов температуры. Биметаллическая пластина соединена с оптической системой рефрактометра, плавно передвигая ее при изменениях температуры. Величина сдвигов рассчитана так, что влияние температуры на коэффициент преломления вещества полностью компенсируется. При покупке рефрактометра обязательно обращайте внимание на наличие в нем функции АТС. В случае ее отсутствия, необходимо пользоваться специальными таблицами для пересчета полученных значений в зависимости от температуры окружающей среды.

Проведение измерений

Перед проведением измерений ручной рефрактометр необходимо откалибровать. Для калибровки большинства рефрактометров используется дистиллированная вода. На главную призму с помощью пипетки наносится несколько капель воды, затем закрывается защитное стекло. При этом нужно следить, чтобы вода под защитным стеклом равномерно покрыла поверхность призмы, не оставляя пузырьков воздуха. Далее с помощью калибровочного винта на шкале прибора выставляется значение 0,0. После калибровки призму нужно аккуратно протереть мягкой тряпочкой. Теперь рефрактометр готов к измерениям.

Для проведения измерений производятся те же действия, что и при калибровке, но вместо дистиллированной воды на призму прибора наносится исследуемый раствор. Калибровочный винт при этом остается в своем первоначальном положении. После нанесения раствора необходимо подождать 30 секунд для того, чтобы температура раствора сравнялась с температурой прибора. Затем рефрактометр направляют на источник света (дневной свет или лампа накаливания) и снимают показания.

После проведения измерений призму снова нужно протереть мягкой тряпочкой. Ручной рефрактометр нельзя опускать в воду; это может привести к попаданию воды внутрь прибора и затуманиванию шкалы. Не измеряйте рефрактометром жесткие или коррозийные вещества, так как они могут повредить покрытие призмы.

Применение рефрактометров

Широко используются в различных областях человеческой деятельности. Ниже перечислены некоторые из применений рефрактометров:

В пищевой промышленности:
• контроль качества пива, вина и других алкогольных напитков;
• определение массовой доли растворимых сухих веществ в продуктах переработки плодов и овощей;
• определение концентрации сахара в напитках, сиропах, консервах;
• измерение процентного содержания жира в твердых продуктах питания;
• измерение массовой доли белков и сухих обезжиренных веществ в молоке;
• определение влажности меда.

В медицине:
• определение белка в сыворотке крови;
• определение плотности мочи, субретинальной жидкости глаза;
• определение концентрации лекарств.

В фармацевтической промышленности:
• исследование концентрации растворов различных лекарственных препаратов.

При обслуживании автомобилей, тракторов, судов:
• определение сорта моторных топлив, охлаждающих жидкостей.

В следующих статьях про рефрактометры мы будем рассматривать их применение в разных отраслях, для решения конкретных задач.

Публикация данного материала в других источниках и его перепечатка без прямой ссылки на первоисточник (сайт ЭкоЮнит Украина) строго запрещена.

Рефрактометр это портативный оптико-механический прибор, без источников питания, с минимальным количеством пробы, за несколько секунд, измеряющий концентрацию растворенных в жидкости веществ при помощи светового луча.

Название устройства составное "рефракто" и "метр", что в первом приближении объясняет принцип работы рефрактометра, если вспомним про рефракцию или искривление света.

А если вспомнить не удается, подробно рассмотрим на картинках, и Вы поймете, что несмотря на строгое и звучное название, рефрактометр это оптический инструмент, с которым может работать даже школьник.

Но сначала несколько слов, где же востребован ручной рефрактометр, кто держит в арсенале стильный, надежный и портативный измерительный прибор, не нуждающийся в батарейках, и вообще в питании, а все, что ему нужно это свет.

Рефрактометр это альтернатива сложному лабораторному анализу

Оптика с широким спектром применения, полезный и востребованный в течение всех 4-х сезонов года - ручной рефрактометр, в лаборатории, на пасеке, в саду, гараже, на складе, задействован на всех этапах, от производства до реализации готовой продукции.

Поясним на примере.
Предположим, нужно измерить содержание сахара во фруктовом соке. Все хотят лакомиться сладкими яблоками, сливами и грушами!

В зависимости от степени зрелости плода, концентрация сахарозы будет увеличиваться, а от этого зависит время сбора урожая, затраты на консервацию, и безусловно вкусовые предпочтения покупателей - а значит спрос, цена и конечный финансовый результат.

Садовод конечно может периодически съедать один фрукт для анализа, но полагаться на субъективность вкусовых рецепторов по меньшей мере несерьезно.

Лабораторные исследования никто не отменял.

Подготовьте специальную посуду, реактивы, пригласите квалифицированный персонал, закупите мебель, оборудование, подведите электричество и самое главное запаситесь временем.

Химические исследования явно не самый быстрый метод анализа.

К тому же обратим внимание еще на 3 фактора.

• во-первых, на необходимость постоянной закупки расходных материалов.
• во-вторых, часть из используемых химикатов опасны для здоровья.
• в-третьих, прибавьте зарплату персонала, счета за электричество, расходы на логистику - доставку образцов в лабораторию....

Есть альтернативный вариант значительно более быстрый и дешевый - , цена которого в несколько раз меньше средней месячной заработной платы.

Рефрактометр это легкий, компактный и скоростной измерительный прибор, позволяющий избежать ошибок, своевременно выявить опасные тренды, сберечь в бюджете компании или семьи финансовые ресурсы, заработать на продаже, сохранить в целостности промышленное оборудование и поддержать на высоком уровне деловую репутацию в бизнесе.

1. Показания рефрактометра при замерах концентрации тормозной и охлаждающих жидкостей (тосолов, антифризов) гарантирует, что радиатор автомобиля не «разорвет» в лютый мороз, а тормоза спасут при резком замедлении.
2. Своевременный, периодический, достоверный и самое главное быстрый и экономный анализ содержания сахара обеспечит ручной рефрактометр для винограда - от этого зависит букет (аромат) вина, а винодельческие компании почувствуют себя уверенно на высококонкурентном рынке и смогут достойно «держать свою марку» в прямом смысле.
3. Садоводу необходим рефрактометр ручной, чтобы знать концентрацию сахара во фруктах и овощах и получить показания по шкале Brix*.
4. Можно измерить сахаристость и влажность основного продукта пчеловодства рефрактометром для меда и не только обеспечить на зиму членов своей семьи полезными, вкусными и лечебными сладостями, но и реализовать излишки, получив звонкую монету в семейный бюджет.

* Шкала Brix - общепризнанная в мире мера измерения концентрации содержания веществ, растворенных в жидкости (в процентном отношении)

Первое, что необходимо знать, рефрактометр это портативный оптический измерительный прибор.

Принцип работы рефрактометра основан на оригинальном методе использования явления преломления света для измерения концентрации раствора.

Образно говоря, принцип действия оптического измерительного прибора, базируется на синергии двух наук, квинтэссенции 4-х слов: "физика света+химия раствора".

Анализируемые растворы, состоят как минимум из двух компонентов - растворителя и растворенного вещества. По мере насыщения жидкости, плотность и оптическая проницаемость для световых лучей изменяются. Это первая "фишка".

Солнечный свет или поток искусственного освещения пронзают как окружающую нас воздушную среду, так и оптически прозрачные предметы, включая стекло и воду.

Луч последовательно переходит из одной среды в другую и на границе наблюдается практически важный физический эффект рефракции - искривление направления движения света. Это вторая "фишка", благодаря чему показания рефрактометра становятся реальностью.

На рисунке представлена линза - твердое вещество, но аналогичное явление наблюдается в жидкости и даже в атмосфере. Важно не агрегатное состояние, а оптическая плотность.

Чтобы понять принцип работы рефрактометра, достаточно запомнить, что в слое анализируемого раствора, происходят абсолютно такие те же процессы рефракции (отсюда и название - ручной рефрактометр). По-другому действительно не назовешь. Ну например, "преломляющий луч света" - слишком пафосно...

Тщательно обработанная линза - на рисунке темно-синего цвета, как безбрежное море, оптически однородна, а коэффициент преломления ее неизменный. Это гарантируется качеством изготовления заводом-производителем.

Если плотность защитного стекла и призмы остаются неизменными в течение всего срока службы, значит единственная среда, которая может изменить показания - это тончайшая пленка раствора между стеклом и призмой.

С ростом плотности капельки раствора, равномерно размещенной между линзой измерительного прибора и защитным стеклом, линия света движется вверх или вниз по шкале Brix - своеобразном дисплее и визуально наблюдается через монокулярный объектив.

Иными словами, рефрактометр это измерительный прибор, отклоняющий луч при увеличении (уменьшении) концентрации исследуемой жидкости. На этом базируется принцип работы рефрактометра.

Отметим важную функцию индивидуальной подстройки. Оптика ограничивается не только явлением рефракции. Рефрактометр ручной "учитывает" остроту зрения смотрящего - стоит лишь круговыми движениями окуляра настроить резкость и показания снова станут яркими и четкими.

До начала серийного производства, маркетологи согласуют номенклатуру рефрактометров на основе рыночных ожиданий и потребностей покупателей. Инженеры проектируют линейку измерительных приборов в зависимости от сферы применения - в первую очередь разрабатывают модели для каждой ниши в зависимости от предполагаемой концентрации анализируемых химических соединений.

Принцип работы рефрактометра остается неизменным, а вот верхняя граница меняется:

• до 18% (соки, растворы низкой концентрации);
• до 32% (средняя серия - наиболее востребованная);
• до 62% и выше (для патоки и сиропов).

Исходя их технологического процесса, необходимо заранее определить максимальный верхний предел и рефрактометр купить, для которого степень насыщения раствора и оптическая плотность исследуемой среды никогда не достигнут значений, когда луч отклонится за пределы шкалы и показания зашкалят.

Рефрактометр это уникальный измерительный прибор прямого действия. И пафоса здесь никакого нет. Всего 3 тезиса:

1. Инерционность отсутствует.
2. Нет цифровых электронных схем.
3. Источники питания не нужны.

Принцип работы рефрактометра очень прост - измерить содержание растворенного вещества в растворе можно практически мгновенно - со скоростью света!

Как пользоваться рефрактометром

Вспомнить школьный курс физики и понять как работает рефрактометр, это важно, но чтобы выгодно использовать все возможности, и измерить концентрацию раствора с минимальной погрешностью, следует помнить!

Купить рефрактометр, выбрав по 4-м критериям

1. В зависимости от объемов и частоты анализов концентрации растворов - в проточном режиме (онлайн) или периодически:
   • промышленный;
   • для домашнего применения или малого бизнеса.
2. По химическому составу исследуемой жидкости:
   • анализ содержания сахара в соках, вине, пиве, меде;
   • удельный вес соли в растворе;
   • проверка плотности антифризов, тосолов и омывателей.
   • сухой остаток и белок в молочной пробе.
3. По шкале Brix:
   • 0~10% (низкие концентрации);
   • 0~18%, 0~32% (средние концентрации);
   • 28~62%, 45~82%, 58~92%, 0~87% (для высоконасыщенных растворов);
4. По цене деления шкалы устройства - можно купить рефрактометр со следующим шагом: 0.1%,0.2%, 0.5%,10.0%.