الانكسار

عند وضع مصاصة العصير في كأس مملوء بالماء فإن المصاصة تظهر منكسرة، والآن إذا وضعت المصاصة في كأس مملوء بالماء المحتوي على سكر مذاب في الماء، فإن المصاصة ستظهر منكسرة أكثر من الحالة الأولى (انظر الشكل). هذه الظاهرة معروفة بمبدأ الانكسار الضوئي، مقاييس الانكسار تستعمل هذه الظاهرة في التطبيقات العملية، وهي مبنية على مبدأ أن كلما زادت كثافة المادة (عند إذابة السكر في الماء مثلاً) فإن معامل الإنكسار الضوئي لها يزداد (درجة ظهور المصاصة منكسرة). لقد قام بصناعة مقاييس الإنكسار الدكتور إرنست آبي، العالم الألماني/النمساوي وذلك في بدايات القرن العشرين.

مبدأ عمل مقاييس الانكسار

هناك نظامان لمعرفة معدل الانكسار لمادة ما: الأنظمة الشفافة والأنظمة الانعكاسية، مقاييس الانكسار المحمولة يدوياً ومقاييس انكسار آبي التي تستخدم الأنظمة الشفافة، بينما مقاييس الانكسار الرقمية تستخدم الأنظمة الانعكاسية.

الأنظمة الشفافة

نظام الكشف في مقاييس الانكسار المحمولة يدوياً(نظام شفاف) تم توضيحه بالأسفل.

أنظمة الانعكاس

نظام الكشف المستعمل في مقاييس الانكسار الرقمية (نظام الانعكاس) سيتم توضيحه بالأسفل. في الشكل المرفق في الأسفل، الضوء A الذي تم إسقاطه من الجهة اليسرى من أسفل المنشور لم ينعكس عند الحد الفاصل ولكن خرج من خلال العينة. الضوء B انعكس عند الحد الفاصل متجهاً لليمين مباشرة مع الحد الفاصل واتجاهه. الضوء C لأن له درجة سقوط كبيرة لن يسمح له بالنفاذ إلى جهة العينة، وقد تم عكسه كليا باتجاه الجهة السفلية يمين المنشور. وكنتيجة لذلك يتم الحصول على خط فاصل يفصل ما بين المناطق المضيئة والمناطق المعتمة على جانبي الخط المنقط "B" كما في الشكل. وبما أن زاوية الانعكاس لهذا الخط الفاصل تتناسب طردياً مع معدل الانكسار فإن موضع الخط الفاصل ما بين المناطق المضيئة والمعتمة يتم استقبالها بواسطة مستشعر ويتم تحويلها إلى معدل انكسار.

(%) فيما يتعلق بمقياس بركس

تبين درجة بركس النسبة المئوية (%) لتركيز المواد الصلبة المحتوى في عينة ما (محلول الماء). المواد الصلبة الذائبة عبارة عن مجموع كل المواد الصلبة الذائبة في الماء، بما فيها السكر، الملح، البروتين، الأحماض، إلى آخره والقراءة تعطي كمية كل تلك المواد الصلبة، بشكل أساسي، نسبة بركس (%) تم معايرتها على أن تعادل عدد جرامات سكر القصب المحتوى في 100 جم من محلول سكر القصب، لذلك عند قياس محلول السكر فإن نسبة بركس (%) يجب أن تطابق تماماً التركيز الحقيقي. أما المحاليل الأخرى التي تحتوي على مواد أخرى وخصوصاً عندما يريد الواحد أن يعرف بدقة التركيز في هذه الحالة من الضروري استعمال جداول التحويل.

استخدامات مقاييس الانكسار<

الفواكه

عند قياس تركيز سكر الفواكه، فإن مقاييس الانكسار لها الفوائد التالية:

الصناعات الغذائية

: بقياس تركيز السكر أو نسبة (%) المواد الصلبة المحتوى للمنتجات الغذائية المختلفة، فأنه يمكن الحصول على الفوائد التالية

مجالات بحث وصناعات أخرى

• عندما تنتقل موجات الضوء. كما هو مبين في الشكل1 يظهر كأنه ينتقل باتجاه واحد، بالحقيقة إن الضوء ينتقل في جميع الاتجاهات كما يبين الشكل 2

• عند انتقال موجات الضوء، والتي تنتقل في جميع الاتجاهات ، من خلال لوحة تحتوي فتحات شعرية موضوعة في طريق انتشاره فإن موجات الضوء الموازية لفتحات اللوحة الشعرية هي التي تنفذ، أما موجات الضوء التي تتذبذب في الاتجاهات الأخرى يتم حجزها ومنعها من النفاذ بواسطة الفتحات الشعرية في اللوحة، ( انظر الشكل3)الضوء النافذ الذي يتذبذب باتجاه واحد يسمى ضوء مستقطب والأداة الشعرية تسمى لوحة الاستقطاب.

• عندما يتنقل الضوء المستقطب خلال أنبوب الملاحظة المملوء بسائل لا يجعل موجات الضوء تدور (عينة ماء مثلاً) فإن الضوء يستمربالتموج في نفس الاتجاه حتى بعد عبوره من خلال السائل. (شكل4)

• وعلى النقيض، عندما تنتقل موجات الضوء من خلال أنبوب ملاحظة مملوء بعينة من محلول يجعل موجة الضوء تدور (محلول سكروز مثلاً، فإن موجة الضوء تبدأ بالدوران حتى بعد عبورها من خلال المحلول. (الشكل5)، هذا يسمى تدوير ضوئي.

• العينات التي تجعل الضوء يدور عادة ليست لها معادلة جزيئية تحتوي على كربون غير متناظر) يشار إليها بالعلامة "C") ويعتبر، السكر من أكثرها انتشاراً. الحديث عن الكربون الغير متناظر يمكن أن يكون تقنياً جداً. لذلك فإن توضيح الكربون الغير متناظر سيكون في قسم لاحق.

• تخيل أن يكون مسار تنقل الضوء يحتوي على لوحة استقطاب وأنبوب ملاحظة ولوحة استقطاب أخرى ومستشعر، واحداً بعد الآخر. ( الشكل 6 و7)

• المسار في الشكل 6 يحتوي على أنبوب ملاحظة مملوء بالماء، وفي الشكل 7 عينة محلول كمحلول السكروز مثلاً الذي يسبب دوران الضوء.

• في الشكل 6 كمية من الضوء تصل إلى المستشعر

• في الشكل 7 الضوء لا يصل إلى المستشعر. (إذا تحدثنا تقنياً، فيما يتعلق بالمتجهات فإن نسبة ضئيلة جداً من الضوء سوف تصل إلى المستشعر، ولكن تفترض أن الضوء لن يصل إلى المستشعر في هذه الحالة.)

• عند تدوير لوح الاستقطاب الثاني كما هو مبين في شكل 8، فإن نفس كمية الضوء في الشكل 6 ستصل إلى المستشعر في هذه الحالة الان.

تشغيل على تهيئة – صفر في مقياس الإستقطاب

• شغل على تهيئة- صفر كما هو مبين في الخطوة في الشكل 6، في اجراءات الضبط الحقيقية، استعمال أنبوب الملاحظة المملوء بالماء غير ضروري ويمكن العمل في وضعية تهيئة- صفر يجعل الضوء يمر عبر الهواء.

• بعدها، ضع أنبوب الملاحظة المملوء بعينة من المحلول الذي يسبب دوران موجة الضوء، كما يبين الشكل 8.

• قم بتدوير لوحة الاستقطاب الثانية حتى يتم وصول نفس الكمية من الضوء إلى المستشعر الضوئي كالتي وصلت إلى المستشعر في حالة وضعية تهيئة – الصفر.

• زاوية دوران لوحة الاستقطاب التي تحصل عليها تعادل زاوية دوران محلول العينة.

تعليمات مقياس الاستقطاب POLAX-2L تم وصفها بنفس الطريقة الموضحة أعلاه، المستشعر المذكور هنا هو نفس عينك (في تعليمات POLAX-2L). خطوات عمل وضعية تهيئة - الصفر على جهاز AP-100 ليست مطابقة تماماً للخطوات المبينة هنا، ولكن كليهما يستعملان نفس المبدأ.