Все о рефрактометрах

Определить качество меда, узнать крепость вина, проверить состав масла и антифриза вам поможет рефрактометр. Рассмотрим в статье, что это такое, устройство и принцип работы прибора, и чем различаются модели для меда, вина, антифриза и других СОЖ.

Как известно, каждое вещество характеризуется своей плотностью. Она изменится, если в жидкость попадет другое вещество и растворится в ней.

Например, чистый мед плотнее, чем тот, что разбавлен сиропом, а готовое вино легче, чем не до конца перебродившая брага, когда дрожжи еще не успели переработать весь сахар в спирт.

Для определения плотности служит специальное оптическое устройство — рефрактометр. Когда луч света проходит через исследуемую жидкость, он отклоняется от прямой линии. По углу преломления вычисляется плотность вещества и его состав.

Прибор для измерения плотности прозрачной жидкости работает за счет преломления света – эффекта рефракции. Его строение и оптическая схема показаны на рисунке. Чем плотнее вещество, тем сильнее падает скорость прохождения света через него, и тем больше он отклоняется от прямой линии.

Дальше свет проходит через группу линз и падает на шкалу. По линии раздела между освещенным и темным участками шкалы определяется коэффициент преломления – плотность вещества.

Для различных жидкостей рефрактометры показывают результаты в разных единицах измерения.

• Величина спирта в браге измеряется в градусах.
• Массовая часть сахарозы определяется в градусах Brix (Брикс). Например, значение 25°Bx показывает, что в 100 граммах раствора содержится 25 граммов сахара и 75 граммов воды.
• Шкала Baume (Боме) показывает плотность жидкости. К примеру, плотность дистиллированной воды при 15°С составляет 0 Be°. При 15% растворе поваренной соли прибор покажет 15 Be°.
• Значение Water нужно для определения влажности продукта.

По принципу действия измерители плотности не различаются между собой и состоят из похожих элементов.

• Главная деталь – призма, у которой большой коэффициент преломления. На нее наносится исследуемая жидкость.
• Снаружи призму прикрывает защитное стекло. Оно не только защищает призму от царапин при хранении, но и разглаживает и сжимает подопытный материал. Тем самым возрастает точность измерений.
• Калибровочный винт предназначен для настройки оптической схемы прибора. Для безопасности он утоплен в корпус. Чтобы его прокрутить, нужна отвертка – случайно сбить регулировку не получится.
• Система линз направляет луч света на шкалу. Линзы окрашены в синий, чтобы на шкале была четкая граница между светом и тенью.
• При росте температуры плотность любого материала падает, и это дает погрешность измерений. Чтобы ее устранить, в конструкцию вводят биметаллическую пластину, которая при нагреве перемещает нулевую отметку. Это называется системой ATC – Automatic Temperature Compensation System. Пластина настраивается на заводе и в корректировке не нуждается.

Благодаря ATC измерения можно производить при температуре в пределах 10-30°С. Поэтому лучше выбрать прибор с этой системой. Если такой возможности нет, то измерения должны производиться при 20°С, иначе возникнут погрешности, и результат придется пересчитывать по специальным таблицам.

Современные устройства для рефракции бывают 3-х типов – ручные, лабораторные и промышленные.

Устанавливаются на предприятиях и представляют собой стационарные установки. Часто они работают непрерывно, то есть контролируют состав материала в режиме реального времени. Такие устройства можно подключить к компьютеру и использовать для автоматического контроля производства. Они незаменимы для измерений в больших количествах на промышленных предприятиях.

Приборы для лабораторий имеют наибольшую точность. Они, как правило, не портативные и устанавливаются на столе. Эти установки используются в научных целях и для контрольных проверок на предприятиях.

Ручные рефрактометры наиболее удобны для личного пользования и малого бизнеса. Они делятся на 2 категории.

• Для сахара. Рассчитывают количество сахара в веществе, и показывают результат в градусах Brix (°Bx). К примеру, 19°Bx означает, что в жидкости 19 граммов сахара и 81 грамм воды. Многие модели имеют диапазон измерений от 0 до 32-40 Brix, чего достаточно для большинства виноделов. Важно! Замеряется концентрация всего сахара, то есть и сахарозы, и фруктозы, и других соединений. И она рассчитывается на массе, а не по объему.

• Для спирта. Нужны для процентного расчета массовой части спирта в жидкости. Многие модели имеют двойную шкалу – в Brix и градусах крепости напитка. Тогда точный результат определяется в градусах Brix, а содержание спирта получается приблизительным.

Ручные измерители бывают аналоговые и цифровые. Обращаться с ними надо по-разному.

• Для считывания показаний аналоговых приборов надо через объектив смотреть на источник света. Эти устройства не требуют источника питания, но им обязательно нужно внешнее освещение.
• В электронных моделях вся информация выводится на дисплей. Они универсальные, не такие требовательные к освещению и показывают результат в разных единицах измерения. Для работы им нужен источник питания. Батареек формата АА хватает примерно на месяц, а аккумулятор придется заряжать каждый день.

Промышленные рефрактометры повсеместно распространены в промышленности.

• В химической индустрии они служат для определения доли щелочей, кислот, гликолей, солей металлов в растворах. Еще ими проверяют степень полимеризации смол и пластмасс.
• Машиностроение не обходится без контроля СОЖ – смазочно-охлаждающих жидкостей. Эти устройства позволяют выявить фракции металла и направить СОЖ на очистку или утилизацию.
• В пищевой отрасли оптические измерители контролируют качество кофе, соусов, сиропов, джемов и детского питания. Они применяются для проверки молока и молочной продукции, чтобы выяснить уровень белков и сухого остатка.
• В газо- и нефтедобывающей индустрии рефрактоскопия измеряет влажность метана, состав нефти и масла.
• При производстве канцелярии рефрактометры измеряют содержание крахмала в клее.

Эти устройства незаменимы для кондитерской, текстильной, фармацевтической и других отраслей промышленности. Но пригодятся такие устройства и в быту.

• Пасечники оценят возможность проверить мед перед продажей. Массовая доля влаги в нем должна составлять 18-21%. Если больше, то мед начинает бродить, а если меньше, то он получится слишком вязкий. Поэтому для откачивания меда пчеловоды выбирают соты, которые на 2/3 своей высоты запечатаны воском.
• Так же проверить мед смогут и покупатели. Особенно те, кто закупает большие объемы товара.
• Автомобильными рефрактометрами проверяется качество масла при покупке. В нем могут быть кислоты или щелочи, которые приводят к ускоренному износу механизмов. Нелишним будет проверить бензин и антифриз на посторонние присадки.
• Рефрактометрами определяется степень готовности браги любого вида – и фруктовой, и из винограда, и даже из опилок. Начальная сахаристость должна лежать в пределах 20-25 Brix, а у готового продукта – 9-10°Bx. С помощью специального калькулятора можно определить процент забродившего спирта. Для сахарной браги норма составляет 10-12%.
• Эти приборы помогут определить количество сахара в браге для изготовления вина. Определив долю сахара в начальном и конечном продуктах, можно прикинуть крепость напитка. Если вино выходит слишком крепкое, добавьте воды, а если слишком слабое, то киньте в брагу немного муки – бактерии любят подкормку. Или в бак можно залить немного водки.

Перед применением устройство нужно откалибровать. В идеале – перед каждым замером, но достаточно раз в 2-4 недели. Или после долгого, более 3-х месяцев, перерыва в работе. Цель – сделать так, чтобы грань между светлым и темным участками совпадала с нулевой отметкой шкалы. Для этого понадобится пипетка, отвертка и калибровочная жидкость. Они входят в комплект. Если нет специальной жидкости, то подойдет очищенная вода. Важно! Из-за того что при нагреве плотность любого вещества снижается, калибровать устройство нужно только при температуре +20°С. Но если рефрактометр оснащен системой АТС, то это требование необязательно.

Чтобы настроить прибор, действуйте в такой последовательности.

• Поднимите крышку. Пипеткой нанесите 2-3 капли калибровочной жидкости на поверхность призмы.
• Закройте крышку. Жидкость должна равномерно покрыть всю рабочую зону призмы. Сухие участки не допускаются.
• Подождите 15-30 секунд, чтобы выровнялась температура воды и измерителя.
• Через окуляр рефрактометра посмотрите на свет, желательно дневной. Если цифры нечеткие, то настройте фокус окуляра.
• Покрутите калибровочный винт так, чтобы переход света и тени четко встал на нулевую отметку. На некоторых устройствах он должен встать на уровень 78,4%.
• Примерно так выглядит шкала до и после калибровки.
• Откройте крышку, и тщательно удалите влагу с главной призмы. Для этого в комплекте идет специальная салфетка.

Производить измерения нужно так же, как и калибровку. Разве что вместо чистой воды на призму нужно нанести исследуемую жидкость и не трогать калибровочный винт. Но есть несколько правил.

• Чтобы не поцарапать призму, мед надо брать стеклянной или пластмассовой палочкой. Если он закристаллизовался, то разогрейте его на водяной бане до +40°С, затем охладите до комнатной температуры. Тщательно перемешайте. Тогда он станет жидким.
• Чем тоньше слой меда, тем точнее измерения. Это касается и других жидкостей.
• Летучие жидкости, такие как бензин и спирт, наносите на призму быстро, ведь они быстро испаряются. А когда нанесете и закроете крышку, можно не волноваться.
• Для снятия показаний желательно использовать естественный свет. Даже боковое флуоресцентное освещение от ламп дневного света даст погрешность.
• Не забудьте после измерений тщательно протереть прибор. Внимание, не поцарапайте призму. Для очистки используйте только комплектную тканевую салфетку. В крайнем случае можно взять мягкую ветошь, микрофибру или похожие варианты.