مبانی رفراکتومتری (قسمت سوم)
اجزا، ساز وکار و اصول نگهداری رفراکتومتر
حال که با مبانی کلی رفراکتومترها و تعاریف و اصطلاحات آن در دو مقاله قبلی با عنوان‌های رفراکتومتر چیست و انواع رفراکتومتر آشنایی پیدا کردید در این مقاله به اجزای سازنده آنها و نحوه سازکار رفراکتومترها خواهیم پرداخت:
اجزای رفراکتومتر:
دستگاه رفرکتومتر از اجزاء و قسمت‌های زیر تشکیل شده است:
- منبع نور
- منشور انتشار دهنده Diffusing prism
- منشور شکست دهنده Refracting prism
- عدسی
- صفحه مدرج/نمایشگر
- محل قرار گیری نمونه (بین دو منشور)
- لنز تصویر
- لنز ضریب شکست
- کندانسور
- ترمومتر
- پیچ های تنظیم تصویر
بسته به نوع رفراکتومتر دستگاه میتواند شامل همه اجزای نامبرده ویا فقط بخشی از آنها باشد. همه اجزا در کنار یکدیگر میزان غلظت را از طریق بررسی شکست نور می سنجند و بر روی صفحه نمایشگر دستگاه نمایش میدهند.
اساس کار رفرکتومتر:
ضریب شکست ND (ضریب شکست ماده مجهول)، نسبت سرعت نور در خلاء به سرعت نور در یک نمونه است.
اساس کار رفرکتومتر در تابش نور مرئی با یک طول موج مشخص و هدایت این نور به سمت محلول مورد نظر و عبور آن است که چون ضریب شکست این دو محیط با یکدیگر متفاوت است، بخشی از نور از روی سطح محلول بازتاب شده و مابقی آن وارد مایع میشود.
میزان شکست نور مانند اثر انگشت برای محلول هایی با غلظت یکسان و در دما و فشار برابر منحصر به فرد است.
نحوه کار رفرکتومتر به این صورت است که نوری از منبع نور دستگاه تحت زوایای مختلف به یک منشور که در تماس مستقیم با نمونه است می‌تاباند.
وقتی که نور تابشی به مرز مشترک نمونه و منشور تابیده میشود تحت زاویه‌های مختلفی شکسته میشود و یک منطقه روشن و غیر روشن در آشکارساز ظاهر میشود.
زاویه ای که از آن بازتاب کل داخلی بوجود می آید، به طرز چشمگیری دو منطقه را از هم جدا میکند، از طریق آن می توان ضریب شکست را تعیین کرد.
ضریب شکست اطلاعاتی در مورد خلوص ماده می دهد، اما ترکیب دقیق آن نیست.
مثلاً در مورد عسل، میزان جذب نور به مقدار آب بستگی دارد. هرچه میزان آب بیشتر باشد، سرعت نور در عسل سریعتر و ضریب شکست کمتر میشود.
تاثیر دما در رفرکتومتر یا شکست سنج:
همانطور که گفتیم با توجه به اینکه وزن مخصوص (وزن حجمی-وزن واحد حجم) مواد در دماهای مختلف متفاوت است، می بایست برای مقایسه صحیح و استفاده درست از جداول موجود، اندازه‌گیری‌ها همیشه در دمای ثابت و معینی انجام شود.
دما دراندازه‌گیری ضریب شکست بسیار موثر است بنابراین دمای منشور و نمونه باید به دقت کنترل شود. این کنترل دما باید به گونه ای باشد که تغییرات دمای نمونه به اندازه کافی کم باشد تا در روند محاسبه ضریب شکست اختلال ایجاد نشود. برای این منظور می توان از سنسور های دما با دقت بالا و دستگاه‌های Peltier برای کنترل دمای نمونه و منشور استفاده نمود.
روش کار با رفراکتومتر | طرز کار رفراکتومتر:
طرز کا با رفراکتومتر و همچنین خواندن آن را می‌توان گفت بسیار آسان است و نیاز به تجربه و تخصص زیادی ندارد.
عملکرد این دستگاه همانطور که در بالا اشاره کردیم به گونه‌ای است که با عبور نور از یک مایع، میزان زاویه شکست نور (میزان تغییر مسیر نور هنگام عبور از مایع) را محاسبه کرده و سپس بعد از مرتبط سازی با شاخص‌های انکساری (ND)، ضریب شکست مواد و غلظت محلول‌ها را اندازه‌گیری میکند.
یک الی دو قطره از مایع نمونه که در آن ماده حل شده وجود دارد بر روی صفحه شیشه‌ای دستگاه میریزیم، نمونه به اندازه‌ای باشد که منشور را کاملاً بپوشاند.
درپوش دستگاه را می‌بندیم و جلو نور قرار می‌دهیم. این نور میتواند نور خورشید باشد و یا نور مصنوعی محیط که در نسل جدید توسط منبع تابش خود دستگاه فراهم می گردد.
اکثر دستگاه‌های رفراکتومتر مجهز به یک منبع نور می‌باشند که در طول موج مشخص فیلتر شده تابش را انجام می‌دهد.
این نور توسط یک عدسی همگرا به سمت محل قرارگیری نمونه هدایت میشود. برای تنظیم کانون عدسی تا زمانی که علامت ضربدر واضح شود از پیچ‌های تنظیم استفاده می‌کنیم.
تابش نور توسط عدسی دامنه‌ای از زوایه‌های بحرانی را به وجود میآورد، در این میان دسته‌ای از زوایای تابش که زاویه آنها کمتر از زاویه بحرانی هستند منعکس می‌شوند و شدت نور آنها توسط یک سنسور دستگاه بار جفت شده (CCD) اندازه‌گیری میشود.
همانطور که شدت نور توسط سنسور CCD اندازه‌گیری میشود، مقادیر بدست آمده از آن برای تعیین زاویه بحرانی به کار میرود.
منحنی نظری “فرنل” بر سیگنال ویدئویی که توسط سنسور CCD ثبت شده است، اعمال میشود و امکان تعیین عملی زاویه بحرانی را فراهم می‌سازد.
در مقایسه با اندازه‌گیری ساده بوسیله خط سایه، این تکنیک ضریب شکست را بصورت تضمینی و با دقت بسیار بالا محاسبه میکند.
از آنجا که این زاویه به نسبت ضریب شکست منشور بر نمونه بستگی دارد؛ بنابراین می‌توان ضریب شکست نمونه را با استفاده از ضریب شکست منشور مشخص کرد. نحوه خواندن رفراکتومتر نیز به این صورت است که با فشردن دکمه READ نتیجه بر روی صفحه دستگاه نمایان میشود.
در دستگاه‌های جدیدتر دما نیز ثبت میشود. با نمایان شدن عدد بر روی دستگاه می توانید با کمک جداول بریکس و یا جداول حرارتی، عدد به دست آمده را تفسیر نمایید.
نحوه نگهداری از دستگاه رفراکتومتر
همانگونه که در مقالات رفراکتومتر چیست و انواع رفراکتومتر اشاره شد، دستگاه رفراکتومتر یک وسیله نوری و دستگاه اندازه‌گیری آزمایشگاهی است که برای تعیین درجه خلوص مایعات به کار میرود. اساس کار آن بر مبنای اندازه‌گیری شاخص شکستندگی یا همان اندیس شکست نور در مایعات میباشد؛
پس واضح است که از حساسیت بالا برخوردار و نیازمند دقت در نگهداری مناسب باشد.
در اغلب موارد رفراکتومترها نیاز به سرویس ادواری در فواصل زمانی کوتاه مدت ندارند، اما جهت بهبود عملکرد این ابزار آزمایشگاهی لازم است یکسری نکات رعایت شود. به‌طور مثال:
- دستگاه باید به صورت مداوم تمیز شود. هرگونه ماده جامد و یا ذره مایعی میتواند در اندازه گیری خطا ایجاد کند. حتی وجود گرد و غبار نیز میتواند نتیجه را تغییر دهد. بنابراین در مواقع عدم استفاده از دستگاه، درپوش آن را بسته نگه دارید تا منشور دچار مشکل نشود.
- برای پاک‌کردن صفحه‌ها هرگز از دستمال تنظیف و یا دستمال کاغذی استفاده نکنید. زیرا زبری دستمال میتواند محل نمونه را خراش داده و موجب خطا شود. همچنین پرزهای به جا مانده از دستمال کاغذی میتواند در نتایج تغییر ایجاد نماید. بنابراین حتماً از گوی پنبه‌ای یا دستمال مخصوص شیشه استفاده نمایید تا شیشه‌های آن دچار خش نشود و دوباره با پنبه تمیز و الکل صفحه را شستشو دهید.
- برای تمیز کردن بخش های نوری یا اپتیکالی دستگاه از پارچه های کتان و محلول اتر و یا گزیلول، استفاده نمایید. ( لازم به ذکر است که هرگز این بخش را با دست لمس نکنید.)
- همچنین هنگامی که از ابزار استفاده نمی‌شود، پوشش را بسته نگه دارید تا از خراشیدن منشور جلوگیری شود.
- جهت نگهداری از این دستگاه لازم است برای جلوگیری از کپک زدن عدسیها، دستگاه رفرکتومتر در محیطی تمیز و دور از رطوبت با تهویه و دمای مناسب (حدود 20 تا 28 درجه سانتیگراد) قرار داده شود تا عدسیهای آن دچار مشکل نشود.
- در صورت استفاده از مواد و محلولهای خوردنده برای جلوگیری از صدمه به بخش های مکانیکال و اپتیکی، لازم است تا بلافاصله دستگاه را پاک و تمیز نمایید.
- از از ضربه زدن و تکان دادن شدید رفراکتومتر خودداری نمایید. چرا که این دستگاه از تعداد زیادی آینه و منشور تشکیل شده است و این موضوع باعث بهم ریختن تنظیمات دستگاه خواهد شد.
- ضریب شکست به دما بستگی دارد و بهترین دما برای اندازه گیری میزان غلظت، بازه دمایی 20 تا 25 درجه سانتیگراد میباشد، برای دریافت نتیجه مطلوب لازم است این نکته در نظر گرفته شود.
- در صورت استفاده از دستگاه رفرکتومتر رو میزی، آن را بر روی میز قرار دهید تا از افتادن یا ضربه احتمالی حفظ گردد.
لطفا جهت کسب اطلاع از انواع رفراکتومترهای موجود در شرکت آبان مهر از منوی .دستگاه‌ها/ تجهیزات زیر منوی رفراکتومتر دیدن فرمایید
با تشکر
