رفراکتومتر زاویه بحرانی (critical angle refractometer) چگونه کار می‌کند؟
انواع روش‌های مختلف کاری وجود دارند که مربوط به تجهیزاتی هستند که از زاویه بحرانی (critical angle) استفاده می‌کنند. بنابراین یک پاسخ یکتا برای این پرسش وجود ندارد. در مطالب قبلی وبلاگ پریسماتک به بررسی مفهوم ضریب شکست و اصول کاری رفراکتومترها پرداختیم. همچنین انواع رفراکتومتر و کاربرد رفراکتومتر در صنایع غذایی را بررسی کردیم. در این مطلب قصد داریم به بررسی رفراکتومتر زاویه بحرانی مانند رفراکتومتر آبه (Abbé refractometer) بپردازیم که محبوب‌ترین مدل این رفراکتومترها به شمار می‌آید.
ابتدا می‌خواهیم بررسی کنیم که نور چگونه در یک منشور دچار شکست می‌شود. اگر یک پرتو نور از منبعی در زیر منشور تابیده شود، بسته به محل دقیق منبع نور، پرتوهای نور با زوایای مختلفی وارد منشور می‌شوند. اگر مطابق تصویر زیر، منبع نور دور از منشور در سمت چپ باشد، پرتوهای نور با زاویه نزدیک به 90 درجه با خط عمود (grazing angle) وارد منشور می‌شوند. به عبارت دیگر پرتوها تقریبا موازی با سطح منشور خواهند بود.
همان طور که می‌دانیم، در زاویه بحرانی، پرتو نور شکسته شده به صورت موازی با سطح به مسیر خود ادامه می‌دهد. از این دو حالت می‌توان نتیجه گرفت که اگر نور به صورت تقریبا موازی سطح وارد منشور شود، آنگاه دقیقا در زاویه بحرانی شکسته می‌شود. پرتوهای نور با زاویه بزرگتر از این مقدار نمی‌توانند وارد منشور شوند و تمام پرتوهای شکسته شده دیگر بر سطح منشور عمود خواهند بود. اگر منبع نور در سمت راست منشور باشد، نور وارد شده به منشور چنان دچار شکست می‌شود که به سطح بالای راست نمی‌رسد. پس حتی اگر منشور را ترک کند، ما نمی‌توانیم آن را از این طرف مشاهده کنیم.
بنابراین مطابق با تصویر زیر، پرتوهای نور زیادی وجود دارند که پس از ورود به منشور دچار شکست و از منشور خارج می‌شوند. اما تمام آن‌ها در یک طرف از پرتو نور هستند که با زاویه بحرانی تعریف شده است. هیچ پرتو نوری وجود ندارد که از زیر وارد منشور شود و در مسیر خط نقطه چین خاکستری از منشور خارج شود. همچنین تمام پرتوهای نور به سمت بالا حرکت می‌کنند نه پایین.
به همین دلیل با نگاه کردن از بالا می‌توان پرتوهای نور خارج شده را مشاهده کرد. پرتوهای شکسته شده فراوانی وجود دارند که بخش پایینی منشور را ترک می‌کنند و در مسیر چشم حرکت می‌کنند. بنابراین می‌توانیم به سادگی آن‌ها را درون منشور ببینیم. به عنوان مثال در تصویر زیر یک برگه کاغذ در زیر منشور قرار داده شده است. اما به این دلیل که هیچ پرتو نوری در مسیر چشم بیننده از سمت بالای منشور خارج نشده است، این قسمت تاریک است و محتوای برگه دیده نمی‌شود. در واقع مرز بین ناحیه تاریک و روشن در منشور همان زاویه بحرانی را نشان می‌دهد.
زاویه‌ای که در آن مرز دیده می‌شود، به زاویه بحرانی در سطح زیرین منشور بستگی دارد. تصاویر فوق همگی با این فرض ترسیم شده‌اند که منشور در هوا قرار دارد و تصویر نیز از هوا گرفته شده است. اما اگر منشور روی یک مایع قرار داده شده باشد، آنگاه زاویه بحرانی نیز متفاوت خواهد بود و پرتوهای نور مسیر متفاوتی را طی خواهند کرد. البته تاثیر مشاهده شده یکسان خواهد بود. فقط زاویه‌ای که در آن مرز بین ناحیه تاریک و روشن را می‌بینیم، تفاوت خواهد داشت. با دانستن زاویه‌ای که در آن مرز ناحیه تاریک و روشن قابل مشاهده است، می‌توان به سادگی زاویه بحرانی و ضریب شکست مایع زیر منشور را محاسبه کرد. دانستن ضریب شکست همان هدفی است که رفراکتومتر برای آن طراحی شده است.
آنچه بیان شد، اصول کار رفراکتومتر آبه است که محبوب‌ترین نوع رفراکتومتر زاویه بحرانی به شمار می‌آید. اما رفراکتومتر پالفریش (Pulfrich refractometer) چگونه کار می‌کند؟ موقعیت منشور و مایع مورد اندازه‌گیری در این نوع رفرکتومترها تفاوت دارد، اما ایده اصلی همان است. نور مطابق تصویر زیر، با زاویه grazing بسیار کوچک (نزدیک به موازی با سطح) تابیده می‌شود و با زاویه بحرانی وارد منشور می‌شود. همچنین در سطح دیگر منشور هنگام خروج نیز بار دیگر دچار شکست می‌شود. مجددا بنا به دلایلی که در بالا توضیح داده شد، اگر با زاویه مناسب به منشور نگاه کنیم، مرز بین ناحیه تاریک و روشن دیده می‌شود. زاویه‌ای که در آن مرز بین نواحی دیده می‌شود، به زاویه بحرانی در سطح بالایی منشور بستگی دارد که به سادگی محاسبه می‌شود.
شرکت پریسماتک تولید کننده انواع رفرکتومترهای اینلاین و پرتابل است. برای مشاهده کاتالوگ و جزئیات بیشتر، به لینک‌های زیر مراجع کنید و یا با شماره‌های شرکت پریسماتک تماس بگیرید تا مشاوران ما به شما در انتخاب رفرکتومتر مناسب کمک کنند:
اگر این مطلب برای شما مفید بود، شاید به مطالب زیر نیز علاقه‌مند باشید:
فلومتر الکترومغناطیسی ــ از صفر تا صد
کنداکتیویتی‌متر ــ به زبان ساده
فلومتر جابجایی مثبت ــ از صفر تا صد
پریسماتک اولین تولیدکننده رفرکتومتر، فلومتر و کنداکتیویتی‌مترهای صنعتی در انواع مختلف است. برای راهنمایی در انتخاب این ابزارها با شماره های شرکت تماس بگیرید.
محصولات پریسماتک:
