Для чего нужен компенсатор в рефрактометре
Рефрактометр: схема, принцип работы, инструкция по использованию
Рефрактометр — устройство, которое измеряет плотность жидкости за счет эффекта преломления света в среде. На основании полученных данных в зависимости от типа рефрактометра выводят либо крепость измеряемой жидкости, либо ее сахаристость.
Есть несколько видов рефрактометров: промышленные, лабораторные, портативные. В самогоноварении чаще всего используется последний вид. Именно про них сегодня и поговорим.
Устройство и принцип работы прибора
Общую схему прибора вы можете увидеть на рисунке 1. Самая важная деталь — главная призма — прозрачное стекло с высоким коэффициентом преломления. Именно на нее наносится жидкость, сквозь которую, преломляясь, проходит свет. Далее через систему линз он попадает на проградуированную шкалу, разделяя ее на темную и светлую часть. Их граница — значение, которое мы ищем.
О видах рефрактометров и их особенностях
В самогоноварении чаще всего применяется 2 вида рефрактометров:
Первый (40% BRIX*) измеряет плотность сахаросодержащих жидкостей, второй (80°) — плотность спиртосодержащих жидкостей.
И если со вторым обычно все более-менее понятно, то с моделью на 40% BRIX у многих возникают вопросы. Обычно — как правильно снимать показания, так как он имеет сразу 2 шкалы (рисунок 2). Одна обозначена как BRIX (т. е. сахаристость), а другая — как алкоголь. Шкала по сахару имеет значение от 0 до 40, а по алкоголю — от 0 до 25.
Как же снимать показания? Ведь измеряемые единицы несоотносимы, и если по шкале BRIX прибор, например, показывает 35 единиц, это не значит, что крепость — 22°. При этом на шкале они на одном уровне.
Ответ прост: маленький рефрактометр (40% BRIX) предназначен только для измерения количества сахара в жидкости. Вторая шкала с градусами алкоголя дает лишь ориентировочные показания крепости напитка, который выбродит из измеряемой сахарной жидкости.
Более подробный комментарий по этому вопросу смотрите в видеоролике от нашего эксперта Кислицына Владислава.
Как правильно использовать рефрактометр
Первым делом прибор нужно откалибровать. Наносим дистиллированную воду на главную призму, закрываем защитным стеклом. Направляем прибор на естественный источник света и смотрим в окуляр. С помощью регулировочного винта делаем так, чтобы граница между темной и светлой областью совпадали с нолем на шкале. Если нужно, настраиваем резкость изображения путем поворота окуляра.
Прибор готов к работе. По окончании калибровки протираем стекло прибора сухой мягкой тряпочкой (есть в комплекте).
Сам процесс измерения почти не отличается от калибровки. Наносим измеряемую жидкость на стекло (2-3 капли), закрываем защитным стеклом, чтобы жидкость равномерно растеклась по всей поверхности, смотрим в окуляр и снимаем показания. Их также определяем по границе между темной и светлой областью.
И еще несколько важных правил, которые нужно соблюдать при использовании рефрактометра:
Рефрактометр позволяет быстро и точно проводить необходимые измерения. Для большей надежности измерения рекомендуется проводить несколькими приборами. Например, моделями АСП-3 и рефрактометром. Это позволит минимизировать риск погрешности при измерениях.
Рефрактометры, ареометры АСП 3 и другие полезные для самогоноварения аксессуары по низким ценам — в интернет-магазине Русская Дымка. Доставка в любой населенный пункт России.
Приборы для рефрактометрических измерений
Для рефрактометрических измерений используют рефрактометры разных типов, в аналитической химии чаще всего – рефрактометры Аббе.
Основные узлы рефрактометра Аббе:
§ призменный блок: состоит из двух призм (измерительной и осветительной), между которыми помещают тонкий слой вещества;
§ компенсатор дисперсии: позволяет устранить дисперсию, за счёт которой белый свет, проходя через измерительную призму, разлагается, и граница света и темноты получается нечёткой, размытой, окрашенной во все цвета радуги;
Принцип действия рефрактометра основан на измерении предельного угла преломления (см. рис.). Пусть луч проходит из среды (1) с меньшей преломляющей способностью в среду (2) с большей преломляющей способностью, т. е. n2 >n1. При увеличении угла падения α будет увеличиваться и угол преломления β, но всегда α > β. Когда падающий луч скользит по границе раздела, тогда угол преломления становится предельным углом:
. Принцип измерения показателя преломления
а при αскол = 90 0 Þ Sinαскол = 1, то получаем:
Таким образом, измерение показателя преломления n сводится к измерению предельного угла β.
Устройство и работа рефрактометра
7.1.1.1. Принцип действия и оптическая схема
Принцип действия рефрактометра основан на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления.
Все измерения следует проводить в «белом» свете (дневном или электрическом).
Лучи света проходят осветительную призму 3, рассеиваясь на выходе матовой гранью 
, входят в исследуемую жидкость и падают на полированную грань АВ измерительной призмы 1.
Рис. 7.3. Схема призм рефрактометра:
Поскольку на рефрактометре исследуются вещества, показатель преломления которых меньше показателя преломления измерительной призмы, то лучи всех направлений, преломившись на границе жидкости и стекла, войдут в измерительную призму 1.
По закону преломления имеем:
sin 
= 
, (7.6)
sin 
= N∙sin ‘, (7.7)
где ‘= — 
.
Исключая промежуточные углы ‘ и из уравне-ний (7.6) и (7.7), получим формулу для определения показателя преломления исследуемого вещества
n = sin 
+cos ∙cos , (7.8)
α — преломляющий угол измерительной призмы.
Рис. 7. 4. Оптическая схема рефрактометра ИРФ:
Для выставления начала отсчёта необходимо перемещать объектив 12 в плоскости, перпендикулярнойповерхности штрихов шкалы 16.
Для подсветки шкалы 16 и окраски поля зрения служат зеркало 13 и светофильтр 14.
При работе в отражённом свете измерительную призму 2 необходимо подсвечивать зеркалом 1.
7.1.1.2. Конструкция рефрактометра
Основные части рефрактометра смонтированы в металлическом корпусе.
Корпус закрыт крышкой, на которой смонтированы светофильтр и зеркало 11.
Осветительную призму за рукоятку 8 следует откинуть на угол примерно 100°.
Так как показатель преломления исследуемого вещества (особенно жидкости) в значительной мере зависит от температуры, то для контроля температуры измерительной призмы следует использовать термометр 4 (рис. 7.1), а при необходимости для поддержания постоянной температуры в оправах призм предусмотрены камеры, через которые пропускают термостатированную воду. Подают и отводят воду через резиновые шланги, надеваемые на штуцера 3, 7,9, 12.
При установке на корпусе рефрактометрического блока его следует довести по направляющим до упора и зафиксировать котировочным ключом.
Поиск границы раздела светотени и совмещение её с перекрестием сетки 8 (рис. 7.4) следует проводить разворотом зеркала и шкалы, вращая маховик 1 (рис. 7.1).
Величина показателя преломления исследуемого вещества со шкалы 16 (рис. 7.4) проецируется в фокальную плоскость окуляра системой: призма 15, объектив 12, зеркало 11, призма 10.
Объектив 12 перемещается в плоскости, перпенди-кулярной поверхности штрихов шкалы. Для этого необходимо снять заглушку 2 (рис. 7.1) и котировочным ключом осторожно повернуть головку винта в требуемую сторону.
Призмы Амичи маховиком 3 поворачиваются одновременно в разные стороны, изменяя при этом угловую дисперсию компенсатора и устраняя цветную кайму границы раздела света и тени. Вместе с маховиком 3 вращается шкала 5 (рис. 7.2), по которой проводят отсчёт. Шкала разделена на 120 делений. Поворот маховика на одно деление шкалы соответствует повороту призм Амичи на 3°. Десятые доли деления шкалы 5 следует определять по нониусу 6. Одно деление нониуса соответствует повороту призм Амичи на 0,3°.
Среднюю дисперсию вещества определяют пересчётом показаний шкалы и нониуса по таблицам технического описания, используя при этом значение 
этого вещества.
Зеркало 11 служит для подсветки шкалы и имеет разворот в двух плоскостях.
Работа с жидкостями требует обязательного термоста-тирования с погрешностью ± 0,2 °С с помощью циркуляционного термостата.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
В связи с этим выпущен ряд модификаций рефрактометров с одним несменяемым призменным блоком. Внешне такие приборы мало отличаются от установленных на штативе погружных рефрактометров с термо-статируемыми призменными блоками ( ср. Для рсвещения служит дневной свет или электролампа. Компенсатор дисперсии состоит из одной призмы Амичи, поворачиваемой с помощью кольца, установленного на корпусе зрительной трубы. [38]
Измерительная призма этой модификации рефрактометра Аббе, сделана не из тяжелого флинта, а из тяжелого крона. Такие пределы охватывают, однако, достаточно большое число индивидуальных органических соединений, растворов и промышленных продуктов сложного состава. Вместе с тем пищевые рефрактометры значительно дешевле универсальных и нашли поэтому очень широкое применение в учебных, промышленных и исследовательских лабораториях. Их компенсатор дисперсии состоит всего из одной призмы Амичи, вращаемой головкой 5 через систему шестерен, расположенных в корпусе прибора. [39]
После этих операций разнимают призменный блок и соприкасающиеся плоскости обеих камер тщательно вытирают фильтровальной бумагой и затем кусочком ткани, не оставляющим ворсинок. На поверхность измерительной призмы наносят несколько капель исследуемой жидкости и вновь закрывают призменный блок. Маховичок ( / /) вращают до тех пор, пока призменный блок не займет такого положения, при котором граница свбта и темноты не войдет в поле зрения. С помощью компенсатора дисперсии избавляются от радужной окраски границы и совмещают граничную линию с перекрестьем. По положению визирной линии производят отсчет значения показателя преломления по шкале. [40]
Для определения относительной дисперсии на рефрактометре ИФР-22 определяют угол поворота лимба компенсатора, при котором граничная линия светотени бесцветна. Необходимые для вычисления дисперсии значения коэффициентов даются в прилагаемых к прибору дисперсионных таблицах. Фирменный номер таблицы должен совпадать с двухзначным числом в правом нижнем углу шкалы nD прибора. Необходимо иметь в виду, что эти таблицы являются серийными, а отдельные приборы серии могут дать значительные отклонения при их использовании. Котировка компенсатора дисперсии практически неосуществима. Поэтому может быть рекомендован способ экспериментального построения номограммы, по которой легко и быстро можно определять значения со с точностью порядка 0 5 единиц, что вполне достаточно для микрохроматографического анализа углеводородных смесей. [41]
Для термостатирования призменной камеры при обычных технических анализах достаточно подачи водопроводной воды. Затем открывают приз-менный блок, оплавленной стеклянной палочкой осторожно наносят две-три капли анализируемого вещества и плотно закрывают. Призменный блок осторожно вращают с помощью ручки, расположенной на левой стенке корпуса, и наблюдают через окуляр за перемещением линии раздела светлого и темного полей. Одновременно в поле зрения окуляра перемещается изображение отсчетной шкалы. С помощью компенсатора дисперсии добиваются исчезновения радужной полосы и появления четкой линии раздела светлого и темного полей. Вращением ручки поворота приз-менного блока добиваются совмещения линии раздела с перекрестием в поле зрения окуляра и делают отсчет показателя преломления. Целые, десятые, сотые и тысячные доли значения показателя преломления отсчитывают по шкале, десятичные доли оценивают на глаз. Отсчет повторяют три-четыре раза, переходя от светлого поля к темному и наоборот, и берут средний результат. В первых результатах могут быть значительные расхождения. Это означает, что еще не установилась постоянная температура и нужно выждать, пока установится. Для проверки правильности работы рефрактометра в качестве простейшей жидкости с известным показателем преломления ( юстировочной жидкости) используют дистиллированную воду. [42]
Маховик 13 компенсатора дисперсии поворачивают так, чтобы граница светлой и темной половин поля была четкой и не имела радужной окраски. Если эта граница точно совпадает с линией полного внутреннего отражения, обозначенной на световом поле крестиком, то прибор установлен правильно. Если совмещения нет, то при помощи торцевого ключа винт в отверстии корпуса зрительной трубы поворачивают таким образом, чтобы граница света и темноты совместилась с крестиком. После проверки прибора раскрывают призмен-ный блок и тщательно вытирают грани призм фильтровальной бумагой и тканью, не оставляющей на рабочей поверхности призм ворсинок. На поверхность измерительной призмы наносят несколько капель исследуемой жидкости и плот-9 но закрывают призменный блок. Вращением маховика 11 изменяют положение призменного блока до тех пор, пока граница света и тени не войдет в поле зрения. При помощи компенсатора дисперсии 13 устраняют радужную окраску границы и совмещают граничную линию с крестиком. [43]
Назначение, принцип действия и устройство рефрактометра
Рефрактометр (рис.2а) предназначен для измерения коэффициента преломления растворов различных веществ. Принцип действия рефрактометра при измерении показателя преломления прозрачных растворов состоит в измерении предельного угла преломления на границе исследуемой жидкости и стеклянной призмы с известным коэффициентом преломления. Рефрактометр состоит из двух призм: вспомогательной откидной призмы (1) с матовой; гранью (2) и измерительной призмы (3). Между ними имеется тонкий зазор толщиной 0,1 мм, в который помещается несколько капель исследуемой жидкости (4). Измеряется предельный угол преломления на границе жидкость — измерительная призма. Встроенный в прибор компенсатор позволяет сделать границу свет — тень черно-белой при освещении белым светом. Отсчеты производятся глазом (7).
Рефрактометр работает следующим образом. Луч света проходит через вспомогательную откидную призму (1) и рассеивается на нижней грани (2). При этом рассеянные лучи распространяются во всех направлениях, в том числе и параллельно поверхности измерительной призмы (3) (рис. 26).
Далее эти лучи преломляются на границе жидкость (4) — измерительная призма (3), и, пройдя сквозь эту призму (3), попадают в устройство (5). Если граница свет — тень оказалась окрашенной и размытой, надо с помощью компенсатора (6) добиться резкой черно-белой белой границы. Конструкция отсчетного устройства позволяет при повороте специального рычага совместить границу свет — тень с маркером отсчетного устройства. При этом маркер показывает на встроенной шкале непосредственно значения коэффициента преломления.
Рис. 2.а, б— блок-схема рефрактометра: 1 — вспомогательная откидная призма с матовой нижней гранью (2); 3 — измерительная призма; 4 — исследуемая жидкость; 5 — отсчетное устройство; 6 — компенсатор; 7 — глаз; б — схема рассеяния света матовой нижней гранью (2) откидной призмы
Устройство и назначение эндоскопа
Эндоскопия— врачебный метод исследования полостных органов тела (например, мочевого пузыря, пищевода, желудка) при непосредственном осмотре их с помощью введения в них специальных инструментов — так называемых эндоскопов. Эндоскоп фактически представляет собой микроскоп с небольшим увеличением, приспособленный для введения в полость, то есть имеющий малый диаметр при большой длине тубуса.
Рис. 3. Распространение луча в световоде
В настоящее время широко используются гибкие эндоскопы, в которых для передачи изображения используется не система линз, а световоды — стеклянные нити диаметром 10—50 мкм.
В основу устройств гибких световодов положено явление полного внутреннего отражения света. Стеклянная нить в световоде окружена оболочкой из другого вещества с меньшим показателем преломления (рис.3а). Вследствие этого лучи, падающие на поверхность раздела двух сред под углом, а > апво распространяются по сердцевине волокна, не выходя за нее (рис.36). Тем самым, световод позволяет передавать свет на значительные расстояния, как по прямолинейному, так и по криволинейному пути.
С помощью отдельного световода диаметром 5—20 мкм удобно освещать полости, но неудобно получать изображение предметов. Поэтому, как правило, изображение предметов переносится с помощью стекловолоконного жгута, составленного из отдельных волокон.
Рис. 4. Стекловолоконный жгут
На рис.4а представлено изображение торца такого стекловолоконного жгута. Около торца волокна жестко скреплены между собой. Каждый элемент изображения передается по своему волокну (рис.46). Имеются специальные разветвленные жгуты, с помощью которых можно одновременно и осветить стенку внутренней полости, и получить ее изображение (рис. 2.3.4в).
Выполнение работы и составление отчета по лабораторной №8