Рефракция

Когда соломинку помещают в стакан с водой, соломинка кажется изогнутой. Если ее поместить в стакан с водой, содержащей растворенный сахар, она выглядит даже более изогнутой (см. рисунки). Этот феномен известен как принцип светового преломления (рефракции). Рефрактометры – это измерительные приборы, которые вводят этот феномен в практическое использование. Они основаны на принципе, что когда плотность субстанций возрастает (например, когда сахар растворяют в воде), ее индекс рефракции вырастает пропорционально. Рефрактометры были разработаны д-ром Эрнстом Аббе, немецким/австрийским ученым начала 20-го века.

Принципы рефрактометров

Существуют две системы обнаружения индекса рефракции: система светопроницаемости и система преломления. Ручные и Аббе рефрактометры используют систему светопроницаемости, в то время как цифровые используют систему преломления.

Система светопроницаемости

Система обнаружения для ручных рефрактометров (система светопроницаемости) резюмирована ниже.

Система преломления

Система обнаружения для цифровых рефрактометров (система преломления) будет показана ниже.На рисунке ниже свет А, падающий из нижнего левого угла на призму, не преломляется назад к границе, а выходит через образец. Свет В отражается вдоль границы вправо, прямо вдоль границы призмы. Свет С, имеющий угол падения слишком большой, чтобы пройти через образец, полностью отражается к правому нижнему углу призмы.

В результате линия границы делит на светлые и темные поля на одной стороне пунктирной линии В на рисунке. Так как угол преломления этой границы пропорционален индексу рефракции, позиция линии границы между светлыми и темными полями ловится датчиком и переводится в индекс рефракции.

О шкале Brix (%)

Шкала Brix (%) показывает концентрацию в процентном соотношении растворимых твердых веществ, содержащихся в образце (водный раствор). Твердые растворимые вещества – это общее всех твердых веществ, растворенных в воде, включая сахар, соли, белки, кислоты и т.д., и измеримое значение – это общая сумма всех этих веществ. В своей основе Brix (%) – это калиброванное число граммов тростникового сахара, содержащегося в 100г раствора тростникового сахара. Так, при измерении сахарного раствора Brix (%) в полной мере соответствует действительной концентрации. С растворами, содержащими другие компоненты, особенно когда необходимо знать точную концентрацию, нужно использовать шкалу перевода значений.

>Применение рефрактометров

ФРУКТЫ

При измерении концентрации сахара во фруктах, рефрактометр имеет следующие преимущества :

ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Измерением сахарной концентрации или содержания растворимых твердых веществ (%) могут быть получены следующие преимущества :

ДРУГИЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ОБЛАСТИ

Световые волны как они проходят. Как показано на рис. 1, кажется, что свет может проходить однонаправлено. В действительности, свет проходит во всех направлениях, как показано на рис. 2

Когда свет, который движется во всех направлениях, проходит через решетку, помещенную по курсу его следования, только световые волны, которые качаются в направлении параллельном к прутьям решетки проходят через решетку. Световые волны, которые качаются в других направлениях, блокируются прутьями решетки (рис. 3).

Такой свет, который движется в одном определенном направлении, называется поляризационный свет, а решетка называется поляризационной пластиной.

Когда поляризационный свет проходит ез обсервационную трубку, заполненную раствором образца, который не заставляет свет вращаться (например, вода), свет продолжает колебаться в том же направлении даже после прохождения раствора (рис. 4).

И напротив, когда свет проходит через обсервационную трубку, наполненную образцом, который заставляет свет вращаться (например, сахарный раствор), световая волна начинает вращаться, как только проходит через раствор (рис. 5). Это называется оптическое вращение.

Эти образцы, которые заставляют свет вращаться имеют молекулярную формулу, которая содержит асимметричный углерод (указывается как «С»). Сахар – это наиболее общее определение. Объяснение ассиметричного углерода может быть очень техническим. Обсуждение ассиметричного углерода проводится в следующей секции.

Представьте создание световой дорожки помещенной в поляризационную пластину, обсервационную трубку или другую пластину и сенсор (рис. 6 и 7).

Дорожка на рис. 6 имеет обсервационную трубку, заполненную водой, на рис. 7 раствором с образцом, таким как сахарозный раствор, который заставляет свет вращаться.

На рис. 6 определенное количество света достигает сенсора.

На рис. 7 свет не достигает сенсора. (Технически говоря, условие, когда вектор незначительной суммы света не достигает сенсора, но примем, что свет здесь не достигает сенсора).

Когда вторая поляризационная пластина вращается, как показано на рис. 8, то же количество света, как показано на рис. 8, теперь достигает сенсора.

< Управление установкой нуля на поляриметре >

Проведите установку нуля пошагово как показано на рис. 6. В действительной процедуре регулировки, обсервационная трубка, наполненная водой, не нужна и установка нуля проводится, позволяя свету проходить через воздух.

*Затем, поместите обсервационную трубку, наполненную раствором с образцом, так чтобы заставить свет вращаться, как показано на рис. 8

*Поверните вторую поляризационную пластину так, чтобы равное количество света достигало сенсор, как это было при установке нуля.

*Измеренный угол повернутой поляризационной пластины и есть угол вращения раствора с образцом.

*Инструкции для поляриметра POLAX-2L описываются подобно вышеуказанным инструкциям. Сенсор, упомянутый здесь, такой же, как ваш глаз (инструкция для POLAX-2L). Действия по установке нуля для AP-100 не точно такие же, как описаны здесь, но оба имеют подобные принципы действия.