رفراکتومتر وسیله‌ای است که با استفاده از آن ضریب شکست (n) یک محلول اندازه‌گیری می‌شود. با استفاده از ضریب شکست می‌توان خلوص محلول‌ها و یا اجزای تشکیل‌دهنده آن‌ها را تشخیص داد. رفراکتومترها دارای انواع مختلفی هستند که بسته به طراحی، دارای کاربردهای مختلفی هستند. در مطالب قبلی وبلاگ پریسماتک به بررسی مفاهیم ضریب شکست و اصول کار رفراکتومتر و نیز کاربرد رفراکتومتر در صنایع غذایی پرداختیم. در این مطلب به بررسی انواع رفراکتومتر می‌پردازیم.
انواع رفراکتومتر را می‌توان به چهار گروه اصلی رفراکتومترهای آبه (Abbe)، رفراکتومترهای دستی (handheld) یا چشمی، رفراکتومترهای دیجیتال و رفراکتومترهای تخصصی (Specialized) تقسیم کرد. رفراکتومترهای دیجیتال خود در دو گروه رفراکتومترهای دیجیتال اتوماتیک و رفراکتومترهای دیجیتال اینلاین (یا رفراکتومترهای آنلاین ) طبقه‌بندی می‌شوند. در ادامه هر کدام از این انواع رفراکتومتر را شرح می‌دهیم.
رفراکتومتر آبه (Abbe) اولین نوع رفراکتومترهای تجاری به حساب می‌آید که توسط ارنست آبه در سال ۱۸۶۹ اختراع شد. با اینکه رفراکتومترها دارای تاریخچه طولانی هستند و اصلاحات متعددی برای بهبود عملکرد آن‌ها انجام شده است، اما ساختار اصلی آن‌ها هنوز مشابه با نمونه اولیه است. این ساختار در تصویر زیر نشان داده شده است.
همان طور که در تصویر بالا مشخص است، در این پیکربندی نمونه محلول بین دو منشور قرار داده می‌شود که به یکی از آن‌ها منشور منور (illuminating prism) و به دیگری منشور شکست (refracting prism) می‌گویند. هر دو منشور بر روی یک قسمت چرخان نصب شده‌اند. منشور شکست از یک شیشه با ضریب شکست بالا یا یاقوت کبود (sapphire) ساخته شده است و دارای سطحی صاف است. سطح منشور منور ناهموار است، به نحوی که اشعه‌های نور بسته به نقطه برخورد در تمام جهات پراکنده شوند. سپس نور از درون نمونه عبور می‌کند و در برخورد با سطح صاف منشور شکست، دچار شکست می‌شود. نور شکسته شده سپس وارد قسمت تلسکوپ رفراکتور می‌شود. قسمت تلسکوپ رفراکتومتر مجهز به دو منشور Amici قابل تنظیم است که از طریق جمع‌آوری اشعه‌های نور بحرانی واگراشده از پراکندگی نور جلوگیری می‌کند و یک نور سفید مستقیم تولید می‌کند.
برای انجام اندازه‌گیری، منشورها که در قسمت چرخان نصب شده‌اند باید بچرخند تا زمانی که مرز بین نواحی روشن و تاریک با مرکز میدان دید هم‌تراز شوند. سپس مقادیر ضریب شکست را می‌توان بر روی مدرج دستگاه خواند. در نسخه‌های جدیدتر رفراکتومترهای آبه برخی ویژگی‌های دستگاه بهبود داده شده است، از جمله پایدارسازی دمای منشور، تلسکوپ ساکن و یک دید ترکیبی از مرز سایه و مدرج امکان اندازه‌گیری سریع‌تر را فراهم می‌کنند. به این دلیل که ابعاد این نوع رفراکتومتر نسبتا بزرگ است، در کاربردهای آزمایشگاهی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از رفراکتومترهای آبه می‌توان ضریب شکست محلول‌ها و نیز جامدات را با دقت بالا اندازه‌گیری کرد.
رفراکتومتر دستی که گاهی به آن رفرکتومتر چشمی هم می‌گویند را می‌توان یکی از پرکاربردترین و محبوب‌ترین انواع رفراکتومتر زاویه بحرانی (critical angle) به شمار آورد. این نوع رفرکتومترها تجهیزاتی کوچک و قابل حمل هستند که امکان اندازه‌گیری سریع و آسان را فراهم می‌کنند. با استفاده از رفراکتومترهای دستی، فقط با داشتن چند قطره محلول نمونه می‌توان بلافاصله سنجش ضریب شکست را با دقت و پایداری مناسب انجام داد. به همین دلیل رفراکتومتر دستی به انتخاب اول در اندازه‌گیری ضریب شکست برای کاربردهای سنجش در محل تبدیل شده است. معمولا این رفرکتومترها توسط کشاورزان برای تعیین میزان رسیدگی میوه‌ها و محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرند.
برخلاف رفراکتومتر نوع آبه، در رفراکتومتر دستی از منشور منور استفاده نمی‌شود. در عوض، در این نوع رفرکتومتر یک لبه منور (illuminating flap) وجود دارد که نور را با زاویه تولید می‌کند و نمونه را در محل نگه می‌دارد. نور بعد از عبور از نمونه وارد منشور اندازه‌گیر و سایر لنز‌ها می‌شود و به میدان دید وارد می‌شود که مجهز به یک مدرج برای خواندن است. ساختار رفرکتومتر دستی در تصویر زیر نشان داده شده است.
بسته به نوع کاربرد، صفحه مدرج می‌تواند بر حسب واحدهای درجه بریکس، nD، پلاتو و یا درجه Baumé درجه‌بندی شود و یا حتی به صورت مستقیم درصد ماده حل‌شده (مانند الکل یا گلیکول) را نشان دهد. کالیبراسیون رفراکتومتر دستی یا چشمی بسیار ساده است و برای این کار از یک پیچ کالیبره دستگاه برای جبران‌سازی دمایی و محلول آب مقطر به عنوان مرجع استفاده می‌شود. البته برخی انواع رفراکتومتر دستی مجهز به سیستم جبران‌ساز دما داخلی است که مبتنی بر یک نوار بیمتال است و بر اساس میزان دما خم می‌شود و مدرج را تنظیم می‌کند.
رفراکتومترهای دیجیتال با استفاده از یک LED کار می‌کنند که برای روشن کردن نمونه در بالای منشور نصب شده اند. در گام بعد نور شکسته شده توسط یک سنسور اندازه‌گیری می‌شود و زاویه شکست تعیین می‌شود. این مرحله در تصویر زیر نشان داده شده است.
به دلیل وابستگی به دما، این مقدار توسط الگوریتم‌های مشخصی تصحیح دمایی می‌شود و به ضریب شکست و یا سایر پارامترهای مخصوص تبدیل می‌شود. در قیاس با تجهیزات مشابه، رفراکتومترهای دیجیتال دارای مزیت سهولت استفاده، تصحیح دمایی خودکار و بازه‌های قابل تنظیم هستند. این نوع رفراکتومترها را در اندازه‌های کوچک‌تر به عنوان رفراکتومتر دستی نیز می‌توان خریداری کرد که به آن‌ها رفراکتومتر پرتابل می‌گویند. همچنین می‌توان رفراکتومترهای دیجیتال را برای اهداف خاص طراحی کرد و کارکرد آن‌ها را بهبود داد. اما باید توجه کرد که با این کار گستره کاربرد آن‌ها محدودتر می‌شود.
رفراکتومترهای دیجیتال برای اندازه‌گیری و خوانش مقدار یا به صورت دستی و یا به صورت نیمه‌اتوماتیک و تمام اتوماتیک عمل می‌کنند. در میان انواع مختلف رفراکتومترهای دیجیتال انواع زیر بسیار معروف‌تر هستند.
رفراکتومترهای دیجیتال اتوماتیک به منظور صرفه‌جویی در زمان، کاهش خطای اپراتور و تولید نتایج سریع‌تر و صحیح‌تر طراحی شده‌اند. با استفاده از رفراکتومترهای اتوماتیک امکان اندازه‌گیری تحت شرایط محیطی کنترل نشده مانند سنجش در دماهای مختلف و یا با نورهای با طول موج‌های مختلف فراهم می‌شود. پیکربندی‌های متنوعی وجود دارند که با نمونه‌بردارهای اتوماتیک و یا سیستم‌های پمپی کار می‌کنند و امکان بارگذاری، خوانش و برداشتن نمونه از چند محلول مختلف را فراهم می‌کند. مزیت دیگر این نوع رفراکتومترها، امکان اندازه‌گیری‌های دوره‌ای فرایندهای جاری است. معمولا رفرکتومترهای اتوماتیک برای کارکردهای تخصصی با توانایی‌های محدود اما بهینه طراحی شده‌اند.
رفراکتومترهای دیجیتال برای مانیتورینگ فرایندهای پیوسته مورد استفاده قرار می‌گیرند و بر روی تانک‌ها و یا سیستم‌های لوله‌کشی نصب می‌شوند. طراحی رفراکتومترهای دیجیتال به نحوی است که مقاوم باشند و نیاز بسیار کمی به تعمیر و نگهداری داشته باشند. همچنین این تجهیزات باید اندازه‌گیری‌های غلظت و بریکس را به صورت زمان واقعی (real-time) انجام دهند و محصول را در مرحله خام، متوسط و نهایی کنترل کنند. این تجهیزات ابزارهای بسیار مهمی در کنترل کیفی محسوب می‌شوند، علی الخصوص در شرایطی که به یک پاسخ سریع و دقیق نیاز است تا یک فرایند بهینه شود و یا مراحل فرایندهای حساس مانند تصفیه و یا کنترل کیفیت محصول تنظیم شود.
رفراکتومترهای تخصصی نیز انواعی از رفراکتومترها هستند که برای هدف و اندازه‌گیری مخصوصی طراحی شده‌اند. این نوع از انواع رفراکتومتر نیز بر اساس قوانین کار رفراکتومترهای قبلی کار می‌کند و تنها تفاوت در این است که کالیبراسیون و نمایش واحد رفرکتومترهای تخصصی بر اساس نوع کاربردشان خواهد بود. متداول‌ترین نوع رفراکتومترهای تخصصی عبارتند از رفراکتومتر بریکس (Brix refractometer) و رفراکتومتر شوری (salinity refractometer).
رفراکتومتر بریکس متداول‌ترین نوع رفراکتومترهای تخصصی است که برای سنجش میزان قند موجود در یک محلول مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقدار ضریب شکست محلول ساکارز با افزایش غلظت قند، افزایش می‌یابد. رفراکتومترهای بریکس بر حسب درجه بریکس کالیبره می‌شوند. البته سایر انواع ذرات موجود در محلول نیز بر ضریب شکست آن تاثیر می‌گذارند، اما بریکس فقط سنجش نسبی از میزان قند مخصوصا در صنایع غذایی است. رفراکتومترهای بریکس معمولا برای یک بازه غلظت خاص بر اساس کاربردشان بهینه‌سازی می‌شوند. به عنوان مثال رفراکتومتر بریکس عسل دارای بازه 60 تا 90 درجه بریکس و رفراکتومتر بریکس میوه داری بازه 0 تا 12 درجه بریکس است. معمولا با کاهش بازه اندازه‌گیری، دقت سنجش افزایش می‌یابد. به همین دلیل از رفراکتومترهای تخصصی متناسب با رنج بریکس محصول استفاده می‌شود.
رفراکتومتر شوری یکی دیگر از انواع رفراکتومتر تخصصی است که بیشتر در صنایع غذایی و پرورش آبزیان کاربرد دارد. با استفاده از رفراکتومتر شوری می‌توان نسبت ترکیب‌ها و میزان رقیقی محلول‌ها را تعیین کرد. رفراکتومترهای شوری برای سنجش میزان غلظت سدیم کلراید در آب و نمایش نتیجه بر حسب ppt، درصد، permille و یا وزن مخصوص کالیبره می‌شوند.
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:
بازتاب داخلی کلی یا Total Internal Reflection چیست؟
کاربرد رفرکتومتر در صنایع غذایی
فلومتر جابجایی مثبت ـــ از صفر تا صد
فلومتر التراسونیک ــ راهنمای جامع
کنداکتیویتی‌متر ــ به زبان ساده
سنسور فشار دیافراگمی ــ مفاهیم و اصول کاری
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:
انواع فلومترهای الکترومغناطیسی
