برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

رفراکتومتر

مقدمه

ضریب شکست نور

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

ضریب شکست مانند دانسیته ، نقطه ذوب و نقطه جوش یکی از ثابت های فیزیکی کلاسیک است که می تواند جهت توصیف یک گونه شیمیایی بکار رود . در حالیکه ضریب شکست یک خاصیت غیرویژه است ، ولی تعداد کمی از اجسام هستند که در یک طول موج و دمای معین ، ضرایب شکست یکسانی دارند ، بنابراین این خاصیت جهت تائید هویت یک ترکیب و تعیین خلوص آن مفید است .  همچنین  اندازه گیری  ضریب  شکست  همراه  با  دیگر  اندازه گیریها اطلاعاتی در مورد ساختمان و وزن مولکولی اجسام بدست می دهد .

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.
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 محیط دوم چگال تر از محیط اول باشد نور به خط عمود نزدیک‌تر می شود. و در صورتی که غلظت کمتری داشته باشد از خط عمود بر سطح دور می‌شود.
چنانچه در شکل مشاهده می شود، زاویه بین شعاع تابش و خط عمود، زاویه تابش (i) و زاویه بین شعاع شکست و خط عمود زاویه شکست (p) نامیده می شود. ضریب شكست یك ماده (n) عبارتست از: نسبت سرعت عبور نور در خلا (c ) به سرعت عبور نور از آن ماده (vi). ضریب شکست مطلق هر جسم به صورت زیر تعریف می شود:

n=sin i / sin p

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. رفركتومتری به معنی تعیین ضریب شكست گازها، مایعات و جامدات نیمه شفاف، به‌وسیله دستگاه رفركتومتر است. می توان از این مشخصه، برای شناسایی مواد یا ارزیابی خلوص آن استفاده کرد. با معین شدن ضریب شكست، علاوه بر شناسایی مواد مقدار آن را نیز می توان محاسبه کرد.

 

اساس کار:

اساس کار رفلکتومتر 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 محیط رقیق وارد محیط غلیظ می شود. که محیط رقیق، مایع یا محلول موردنظر و محیط غلیظ، منشور دستگاه است. در واقع، در عمل، ضریب شكست محلول و منشور نسبت به هم سنجیده می شود.

ساختار رفرکتومتر

دستگاه رفركتومتر از اجزاء و قسمت‌های 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 قرار می گیرد. نور وارد منشور انتشاردهنده شده وتجزیه می شوداین نور وارد نمونه مورد آزمایش شده و سپس به  منشور Refracting می رود. (ورود نور از محیط رقیق به غلیظ). قبل از هر بار ریختن محلول، منشورها كاملا تمیز شده و با مقدار كمی از محلول موردنظر، شستشو داده می شود.
2- دو لنز که یکی لنز تصویر و دیگری لنز n (ضریب شكست) است.
3- ترمومتر: جهت تنظیم و گزارش دما
4- پیچ هایی جهت تنظیم تصویر
طراحی اولین نمونه از این دستگاه در اواخر دهه 1800 میلادی توسط ارنست آبه صورت گرفت. آن دستگاه شامل ترمومترهای توکار و حمام سیرکولاتورهای آب بودن که برای کنترل دمای دستگاه و مایعات استفاده می شد. پس از آن دستگاه‌ها مجهز به میکروسکوپ نیز شدند. امروزه این دستگاه در چهار نوع موجود است: رفرکتومتر دستی آنالوگ،   رفرکتومتر رومیزی، رفرکتومتر دستی دیجیتال و رفرکتومتر آنلاین.
برای كالیبراسیون و تعیین میزان خطای دستگاه از مواد در دسترس مانند آب مقطر (3325/1 = n) استفاده می كنیم. در برخی رفرکتومترها نور از بین لایه نازکی از نمونه مایع عبور می کند.
در ادامه به توضیح دو نسل قدیمی و جدید رفرکتومترها خواهیم پرداخت:

نسل اولیه رفرکتومترها

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 ناب 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

کاربرد:

امروزه رفراکتومتر در صنعت کاربرد زیادی پیدا کرده است ، بطوریکه از این دستگاه برای تعیین غلظت کربوهیدراتها ، گوگرد در لاستیک ، سیلیسیوم در شیشه های سیلیکاتی ، تخمین درجه سیرناشدگی روغنهای نباتی و همچنین تعیین درصد کربن در ترکیبات آلی و نفتی بکار می رود .
همچنین برای اندازه‌گیری غلظت نمك طعام در حوضچه‌های پرورش ماهی مورد استفاده قرار می‌گیرد. 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.

 

انواع رفرکتومترها

1.    GPR-53 GENERAL PORPUSE REFRACTOMETER

 

دستگاه GPR53 یک رفراکتومتر بسیار دقیق جهت استفاده درتمامی صنایع و آزمایشگاهها است. این رفکراکتومترتمامی امکانات مدل GPR 12-70 را دارد با این تفاوت که تا 5 رقم اعشاراندازه گیری در واحد RI و 2 رقم اعشار در واحد BRIX دقت دارد . این مدل تمامی نیاز در رنج اندازه گیری BRIXصنایع قند(0-95 درصد)را پوشش می دهد. سیستم کنترل دما با رنج 5 تا 70 درجه سانتی گراد و همچنین نرم افزار همراه دستگاه آن را بسیار مناسب وکاربردی نموده است .استفاده از یاقوت مصنوعی و منبع نور LEDامتیازات این دستگاه در دقت عمل اپتیکی اآن است.صفحه کلید 16 دگمه ای و بدنه قابل شستشوو یر قابل نفوذ در مقابل مواد خارجی از مزیتهای این دستگاه بشمار میرود.

 

2.    رفراکتومتر دستی و چشمی - HAND HELD REFRACTOMETER

شرکت Index Instrument تولید کننده انواع رفراکتومترهای اپتیکی با قابلیت انتخاب در محدوده وسیعی از کاربردها است که درکنترل کیفی مواد غذائی و نوشیدنیها و داروسازیها و صنایع شیمیائی کاربرد دارند . اخیراٌ این شرکت رفراکتومترهای دستی ، چشمی با کاربریهای متنوع و قیمت پائین با دقت بالا برای مصارف مختلف و قیمتهای مناسب را تولید و عرضه نموده است .

 

3.    رفراکتومتر دستی و دیجیتالی - DIGITAL HAND HELD REFRACTOMETER

 

شرکت Index Instrument تولید کننده انواع رفراکتومترهای اتوماتیک با محدوده وسیع است که درکنترل کیفی مواد غذائی و نوشیدنیها و داروسازیها و صنایع شیمیائی کاربرد دارند . اخیراٌ این شرکت رفراکتومترهای دیجیتالی پرتابل با دقت بالا برای مصارف مختلف و قیمتهای مناسب را تولید و عرضه نموده است.

 

4.    رفراکتومتر کنتاکت لنز مدل CLR 12-70

 

 

این مدل یک رفراکتومتر متفاوت است و بگونه ای طراحی شده است که برای اندازه گیری ضریب شکست (RI) کنتاکت لنزها ، محلولهای نگهداری لنزها و پلیمرها مناسب است. مدل CLR 12-70 با بدنه ای مقاوم و زیبا ، دارای نرم افزاری است که قادر است نه تنها ضریب شکست لنزهای سخت را اندازه گیری می کند . ، بلکه برای اندازه گیری RI لنزها و انواع لنزهای نازک و رنگی نیز با دقت وتکرار پذیری بالا بکار می رود . برای رسیدن با اطمینان به صحت و دقت بالا ، این مدل دارای 10 واحد قابل برنامه ریزی برای اندازه گیری ضریب شکست آب محتوی لنزها و مواد پلیمری است

 

 

 

5.    رفراکتومترهای مدل TMR 33-37 با صحت و دقت بالا (ویژه صنایع غذایی (

 

37 یكی از دقیق ترین و با ثبات ترین رفراكتومترهای دنیا است. این دستگاه قادر است مقادیر بریكس را تا دقت 0.001% و 0.01% و تا حد بالای بریكس 25 با اعتماد كامل اندازه گیری كند و به نمایش بگذارد و نیز از امتیازات ویژه این دستگاه توانایی اندازه گیری RI در محدوده 1.33 تا 1.37 تا پنج رقم بعد از اعشار(0.00001) را دارد كه این ویژگی دستگاه را قادر می سازد تا برای اندازه گیری بریكس نوشیدنی های معمولی و رژیمی كاربرد داشته باشد. چنانچه TMR33-37 به یك چگالی سنج متصل شود، درجه حجمی الكل نمونه و اگر به یك دستگاه پولاریمتر Optical Activity حداقل با مشخصات AA-10 متصل شود، قادر به اندازه گیری میزان خلوص شكر خواهد شد

 

6.    رفراكتومتر با كنترل دما - TCR 15-30

 

 واحدهای قابل اندازه گیری: واحدهای انتخابی تعریف شده توسط كاربر، ضریب شكست (RI) بریكس، بریكس با اعمال ضریب شكست اثر دما قدرت تفكیك: ضریب شكست: 0.00001RI بریكس: 0.01% دما: 0.01/0.1 با انتخاب كاربر صحت در 20 درجه سانتی گراد: 0.02± برای بریكس و یا معادل در واحدهای اندازه گیری دیگر محدوده اندازه گیری: ضریب شكست: RI1.33 تا 1.53 و بریكس : 0 تا 95

 

7.    رفراكتومترهای با كنترل دما و سیستم پلتیر - PTR 46 PELTIER TEMPRATURE CONTROL REFRACTOMETER

.به دنبال موفقیت در ساخت رفراكتومترهای TCR شركت Index Instruments در جهت طراحی و ساخت مدل هائی با امكان كنترل دما (كنترل با دمای مرجع) توسط سیستم Peltier فعالیت های خود را شروع كرد. كه پس از آزمایش های گوناگون موفق به ساخت سیستم رفراكتومترهایی شد كه علاوه بر دارا بودن سیستم دقیق كنترل دما، دارای صفحه كلید جهت كنترل كلیه برنامه ها و پارامتر های اندازه گیری نیز می باشد. در انواع مدل های PTR46 از صفحه كلیدی با 46 كلید جهت كنترل و استفاده سریع از تمامی امكانات دستگاه استفاده شده است. این امكانات شامل كنترل دما، انتخاب واحد، انتخاب وضعیت GLP و وضعیت نوع نمونه و غیره است. در مدلX 46 دقت و صحت بالا RI (0.00005) نیز به مجموعه امكانات قبلی افزوده شده است و بالاخره در مدل XP46 وضعیت Purity نیز علاوه بر حالت ذكر شده قبلی اضافه شده است و بالاخره در مدل 46 با دقت استاندارد ( RI 0.0001) می توان دستگاهی با عملكرد بالا و چند منظوره در عین حال دقیق و قابل اطمینان در اختیار داشت. البته در موارد زیادی كاربرد به دلیل استفاده مكرر از شرایط مشابه ( از قبیل Scale دما) نیاز به صفحه كلید گسترده ندارد كه در این صورت مدل PTR2 با دو كلید (تنظیم صفر و چاپ) طراحی و ساخته شده است كه تفاوت آن با مدل 46 در صفحه كلید است ولی در مشخصات و پارامترهای اندازه گیری كاملاً مشابه است.

               

به دنبال موفقیت در ساخت رفراكتومترهای TCR شركت Index Instruments در جهت طراحی و ساخت مدل هائی با امكان كنترل دما (كنترل با دمای مرجع) توسط سیستم Peltier فعالیت های خود را شروع كرد. كه پس از آزمایش های گوناگون موفق به ساخت سیستم رفراكتومترهایی شد كه علاوه بر دارا بودن سیستم دقیق كنترل دما، دارای صفحه كلید جهت كنترل كلیه برنامه ها و پارامتر های اندازه گیری نیز می باشد. در موارد زیادی كاربرد به دلیل استفاده مكرر از شرایط مشابه در کار( از قبیل Scale دما) نیاز به صفحه كلید ندارد كه در این صورت مدل PTR2 با دو كلید (تنظیم صفر و چاپ) طراحی و ساخته شده است كه تفاوت آن با مدل 46 در صفحه كلید است ولی در مشخصات و پارامترهای اندازه گیری كاملاً مشابه است

 

9.    رفراكتومترهای با كنترل دما و سیستم پلتیر - PTR 46X PELTIER TEMPRATURE CONTROL REFRACTOMETER

 

به دنبال موفقیت در ساخت رفراكتومترهای TCR شركت Index Instruments در جهت طراحی و ساخت مدل هائی با امكان كنترل دما (كنترل با دمای مرجع) توسط سیستم Peltier فعالیت های خود را شروع كرد. كه پس از آزمایش های گوناگون موفق به ساخت سیستم رفراكتومترهایی شد كه علاوه بر دارا بودن سیستم دقیق كنترل دما، دارای صفحه كلید جهت كنترل كلیه برنامه ها و پارامتر های اندازه گیری نیز می باشد. در انواع مدل های PTR46 از صفحه كلیدی با 46 كلید جهت كنترل و استفاده سریع از تمامی امكانات دستگاه استفاده شده است. این امكانات شامل كنترل دما، انتخاب واحد، انتخاب وضعیت GLP و وضعیت نوع نمونه و غیره است. در مدلX 46 دقت و صحت بالا RI (0.00005) نیز به مجموعه امكانات قبلی افزوده شده است و بالاخره در مدل XP46 وضعیت Purity نیز علاوه بر حالت ذكر شده قبلی اضافه شده است و بالاخره در مدل 46 با دقت استاندارد ( RI 0.0001) می توان دستگاهی با عملكرد بالا و چند منظوره در عین حال دقیق و قابل اطمینان در اختیار داشت. البته در موارد زیادی كاربرد به دلیل استفاده مكرر از شرایط مشابه ( از قبیل Scale دما) نیاز به صفحه كلید گسترده ندارد كه در این صورت مدل PTR2 با دو كلید (تنظیم صفر و چاپ) طراحی و ساخته شده است كه تفاوت آن با مدل 46 در صفحه كلید است ولی در مشخصات و پارامترهای اندازه گیری كاملاً مشابه است.


مفاهیم پایه
رفــراكــتـــومــتـــر (Refractometer) از دو كــلــمــــه (Refract(o بــه مـعـنــی شـكـسـتــن و Meter بـه معنـی سنجش تشكیل شده است و در كل به معنی شكست سنج است.

فیزیولوژی
تعیین میزان چربی ، قند خون ، پی بردن به میزان اوره و پروتئین خون ، میزان نمک موجود در آن و غلظت مایعات در بیماران از جمله مواردی است كه نـیـاز به سنجش دقیق دارد. به منظور اندازه گیری مـوارد ذكـر شـده مـی تـوان از دسـتـگـاه رفـراكتومتر استفاده كرد.

رفراكتومتر

طرز کار
كاركرد و خواندن رفراكتومتر بسیار آسان است و نیازی به تجربه و مطالعه فراوان ندارد. یک یا دو قـطـره از مایع حاوی ماده حل شده در آن را روی صفحه شیشه ای حساس دستگاه ریخته ، درپوش مـحـافـظ را بـسـتـه و صفحه شیشه ای را مقابل نور مستقیم آفتاب یا نور مصنوعی قرار داده و پس از خـوانـدن از روی عـدد بـریـكس نشان داده شده به جدول بریكس (Brix) مراجعه تا میزان درصد وجود آن مـاده در مایع مشخص شود. استفاده از جدول تـصـحیح حرارتی نیز كمک مؤثری است كه با آن می‌توان دقت آزمایش را بالا برد.

موارد کاربرد
رفراكتومتر وسیله ای آزمایشگاهی است برای تعیین میزان ناخالصی ماده یا مواد حل شده در آب كه با روش عبور تابش نور از لایه ای از آن مایع كه ماده مـــورد نـظـــر در آن حـــل شـــده و عـبـــور انـكـســاری (شكسـت) از منشور شیشه ای به كار می رود. در علوم آزمایشگاهی امروز با استفاده از رفراكتومتر علاوه بر قند می توان چربی ، شوری ، PH آب و حتی ارزش غذایی را به دست آورد. هم‌چنین میزان اوره و پروتئین خون ، میزان نمک موجود در آن و غلظت مـایعـات را نیـز مـی تـوان بـا استفـاده از رفـراكتـومتر اندازه‌گیری كرد.

اجزا و قسمت‌های دستگاه
1- دو منشور: یک منشور انتشار دهنده Diffusing  Prism و دیگری شكست دهنده Refracting Prism است.
2- دو لنـز: یكـی لنز تصویر و دیگری لنز n (ضریب شكست) است.
3- ترمومتر: جهت تنظیم و گزارش دما
4- پیچ: برای تنظیم تصویر

انواع رفراكتومتر
امـروزه ایـن دسـتـگـاه در چـهـار نـوع رفـراكـتومتر دسـتـی آنـالـوگ ، رفـراكـتـومـتـر رومـیزی ، رفراكتومتر دستی دیجیتال و رفراكتومتر آنلاین موجود است.

 

منبع: ماهنامه مهندسی پزشکی

 

         دریافت فایل پاور پوینت

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :