رفراکتومتر

یکی از تجهیزات مورد نیاز آزمایشگاه ها، رفراکتومتر (refractometer) است که به آن شکست سنج نیز گفته می شود؛ زیرا فرآیند رفراکتومتری با اندازه گیری ضریب شکست موادی نظیر مایعات، گازها و جامدات حاصل می گردد. این دستگاه وسیله ای برای تشخیص و شناسایی درجه خلوص مواد آزمایشگاهی بوده که توسط آن می توان غلظت محلول ها را نیز اندازه گرفت. امروزه استفاده از رفراکتومتر در صنایع مختلف رواج یافته که صنایع غذایی، صنایع رنگ، صنایع شیمیایی، مراکز پزشکی، داروسازی، دامپزشکی، فارماکولوژی و … از این دسته هستند.

تجهیزات آزمایشگاهی

در واقع برای اندازه گیری دقیق میزان قند خون، چربی، میزان پروتئین و اوره موجود در خون، میزان قند موجود در آبمیوه و میوه، میزان قند عسل و سایر مواد این چنینی، از رفراکتومتر استفاده می شود. رفراکتومتر ظرفیت های مختلف داشته و استفاده از آن بسیار آسان است. این محصول با برترین تکنولوژی روز طراحی شده و تمامی اجزای کاربردی در آن، از نوع درجه یک بازار هستند. خب تا اینجا با رفراکتومتر آشنا شدید، در ادامه این دستگاه را از هر لحاظ بررسی می کنیم و شما را با قطعات، عملکرد، ویژگی ها و انواع آن آشنا می کنیم. ابتدا لازم است کاربردهای دیگر این دستگاه آورده شود:

کاربرد رفراکتومتر

•  آزمایشگاه های تشخیص طبی (جهت تعیین پروتئین توتال داخلی خون)
• مراکز پزشکی و بیمارستانی (تعیین میزان اوره، چربی و پروتئین موجود در خون و تشخیص غلظت ادرار)
• دامپزشکی ها (برای سنجش میزان پروتئین و پلاسمای ادرار و نمونه خون)
• مراکز کنترل و تشخیص هایی دارویی (برای سنجش مقدار تراکم خاص ادرار انسان)
• صنایع غذایی (کنترل کیفیت انواع نوشیدنی، شیر و …)
• صنایع شیمیایی و کشاورزی
• صنعت فارماکولوژی و صنایع مربوط به رنگ
• مراکز تحقیقاتی و پژوهشی
• مراکز کنترل کیفیت و توسعه تولید
• صنایع زنبورداری (اندازه گیری  مقدار قند موجود در عسل )
• استخرهای پرورش ماهی و سایر آبزیان (سنجش املاح آب و میزان نمک)
• اندازه گیری میزان قند داخلی میوه ها و آبمیوه ها
• آزمایشگاه های سم شناسی و گوهر شناسی
• صنایع خودروسازی (سنجش میزان غلظت مایع خنک کننده)
• کارخانجات تولید رب گوجه فرنگی و سس
• مراکز تولید نمک خوراکی

خرید رفراکتومتر

در خرید رفراکتومتر، نباید سرسری عمل کرد و باید پارامترهای مختلفی را در نظر گرفت. زیرا این دستگاه جزو تجهیزات آزمایشگاهی حساس به حساب می آید و باید با نیاز کاربر و نمونه مورد آزمایش مطابقت داشته باشد. به همین دلیل توصیه می کنم این مطلب را با دقت بخوانید تا بهترین رفراکتومتر که کارایی لازم را دارد را انتخاب کنید. در این مقاله در مورد انواع رفراکتومتر بحث کردیم و توضیحی جامع از آنها آوردیم؛ پس خواندن آن قبل از خرید، برای هر فردی ضروری است.

هر مشتری قبل از خرید باید بداند رفراکتومتر مورد نظر از چه قطعاتی تشکیل شده و شیوه عملکرد آن چگونه می باشد. هنگام خرید رفراکتومتر آزمایشگاهی مطمئن شوید که از ضمانت معتبر برخوردار است و نیز محصول بعد از خرید، سال ها پشتیبانی می شود؛ زیرا گاهاً برای همه ما اتفاق افتاده که بعد از خرید دستگاهی، متوجه شدیم دستگاه ایراد جزئی و یا شاید کلی دارد، در این حال اگر دارای گارانتی نباشد، کاری از دستمان بر نخواهد آمد. از سوی دیگر گارانتی دار بودن هر محصول، نشان استاندارد و باکیفیت بودن آن است.

در حالت کلی بهتر است قبل از خرید بدانید که کار با رفراکتومتر دستی برایتان آسان است یا نوع دیجیتال؟ دقت سنجش تا چه اندازه برایتان اهمیت دارد؟ دنبال رفراکتومتر با چه مقیاسی هستید؟ و درجه بندی رفراکتومتر با نیاز شما مطابقت دارد یا نه؟

قیمت رفراکتومتر

همه ما قبل از خرید کالا، جویای قیمت آن هستیم و و شاید قیمت، بیشتر از کیفیت دستگاه برایمان اهمیت داشته باشد. اما همیشه نباید در خرید، قیمت را ملاک اصلی قرار داد و ارزان بودن رفراکتومتر، دلیل بر به صرفه بودن آن نیست. چرا که ممکن کارایی لازم را نداشته و یا از سطح راندمان پایینی برخوردار باشد.

در واقع قیمت هر رفراکتومتر، متناسب با نوع و مقیاس آن متفاوت است و نمی توان بطور دقیق گفت قیمت آن چقدر است؛ برای مثال قیمت رفراکتومترهای رومیزی از رفراکتومترهای چشمی و دیجیتال گران تر است. البته گاهی برند بودن رفراکتومتر و نوع قطعاتی که در آن استفاده شده نیز روی قیمت تاثیر می گذارد. گاهی در بازار شاهد نوسانات قیمت دو رفراکتومتر (با نوع و مقیاس اندازه گیری یکسان) هستیم، به همین دلیل بیشتر مشتریان شاکی هستند.

در جواب این دسته از افراد باید گفت، ممکن است یکی از دستگاه ها از نوع خارجی باشد و دیگری از نوع ایرانی، در این شرایط قطعاً نوع خارجی گران تر خواهد بود؛ همچنین قطعات برخی رفراکتومترها از برندهای معروف می باشد. به همین دلیل هنگام خرید، دستگاه را از این لحاظ نیز بررسی کنید.

انواع رفراکتومتر

رفراکتومتر در انواع مختلفی طراحی شده که شامل: رفراکتومتر رومیزی، رفراکتومتر دستی آنالوگ، رفراکتومتر دستی دیجیتال، رفراکتومتر آنلاین، رفراکتومتر آبه (Abbe)، رفراکتومتر چشمی، رفراکتومتر فرآیندی و رفراکتومتر اتوماتیک است.  در ادامه هر کدام از این رفراکتومترها را بصورت مختصر شرح می دهیم:

رفراکتومتر دستی آنالوگ

این نوع رفراکتومترها کاربری بسیار راحتی دارند و به آنها رفراکتومترهای همه کاره نیز گفته می شود. با توجه به اینکه تعدادی مقیاس اندازه گیری وجود دارد، می توان بسیاری از برنامه ها را اجرا کرد. زنبورداران از این روش برای اندازه گیری میزان آب در عسل استفاده می کنند، همچنین رفراکتومتر دستی آنالوگ، گزینه ای مناسب برای تعیین میزان انگور و قند میوه در صنایع تولید شراب است. رفراکتومتر دستی، گزینه ای مناسب برای  تشخیص میزان نمک موجود در آب در آکواریوم های دریایی می باشد.

رفراکتومتر دستی دیجیتال

این نوع رفراکتومترها، عملکردی نظیر رفراکتوهای نوع قبلی دارند (رفراکتو دستی آنالوگ). تفاوت بین آنها در این است که در نوع دیجیتالی، خط مرز نور و سایه بطور خودکار بازخوانی و تشخیص داده می شود، همچنین رفراکتومترهای دیجیتالی از دقت بیشتری برخوردارند.

رفراکتومتر اتوماتیک

رفراکتومتر اتوماتیک نسبت به سایر رفراکتومترها از سطح دقت بیشتری برخوردار است و اختلافی که در نتایج اندازه گیری بین کاربران ایجاد می شود را از بین می برد. این نوع رفراکتومتر، گزینه ای مناسب برای انجام آزمایش هایی است که به دقت عمل بالایی نیاز می باشد.

دیودهای نمایان کننده نور (LED در رفراکتومتر اتوماتیک، بعنوان منبع نور عمل می کنند؛ چرا که در مقایسه با لامپ های هالوژن یا بخار سدیم، طول عمر بیشتری دارند. استفاده از یک فیلتر در این دستگاه، طول موج صحیح را حفظ می کند. در واقع روش اندازه گیری این رفراکتومتر، مثل رفراکتومترهای دیگر است. تشخیص شدت نور منعکس شده در این دستگاه، به عهده اسکنر بوده و مرز نور/ تاریک بطور خودکار تعیین می گردد.

رفراکتومتر اتوماتیک یا خودکار، کاربردهای مختلفی دارد و گزینه ای مناسب برای کنترل کیفیت مواد غذایی، آب میوه ها و نوشیدنی ها و فرآورد های پتروشیمی است و از آن جهت تشخیص میزان قند نیز استفاده می شود. در حالت کلی در رفراکتومتر فوق، از میزان ضریب شکست Brix استفاده می گردد و نمایش مقیاس ضریب شکست در این دستگاه، بستگی به میزان ماده خشک ساکارز موجود در محلول آب خالص دارد.

رفراکتومتر Abbe

رفراکتومتر Abbe، بهترین دستگاه برای اندازه گیری دقیق ضریب شکست مایعات است و اندازه گیری توسط آن، براساس بازتاب کل صورت می گیرد. انتخاب منشور این دستگاه، باید با شاخص های ضریب بالا صورت گیرد. بگونه ای که نور ناشی از منبع تابش، بعد از اینکه توسط آینه منعکس شد به منشور مضاعف برخورد می نماید.

برای مثال چند قطره از مایع را مابین منشور قرار می دهند، اگر زاویه برخورد نور از زاویه پرآشوب بازتاب کل کمتر باشد، پرتوهای نور از نمونه و منشور دوبل عبور خواهند کرد. در این نوع رفراکتومتر، از میکروسکوپ و آینه ای مناسب برای تعیین خط مرزی نور/ تاریکی استفاده می شود.

رفراکتومتر فرایندی

در رفراکتومتر فرآیندی، تجزیه و تحلیل دائمی ضریب شکست، بدون اینکه به خارج کردن نمونه ها به آزمایشگاه کنترل نیاز باشد امکانپذیر است. این رفراکتومتر به حسگرهایی مجهز است که داخل خط قرار گرفته و به جعبه کنترل متصل شده اند.

این نوع رفراکتومترها برای اندازه گیری می توانند بی نیاز از دخالت انسان باشند و این امکان وجود دارد که اندازه گیری زمان پردازش در آنها کاملاً واقعی باشد. امروزه استفاده از رفراکتومتر فرآیندی در صنایع مختلف رواج یافته است، این دستگاه در صنایع غذایی و تمامی صنایعی که به تولید شکر، کاغذ، خمیر مواد شیمیایی و دارویی می پردازند بیشترین کاربرد را دارد.

رفراکتومتر رومیزی

این نوع رفراکتومتر حالت رومیزی دارد و شیوه استفاده از آن اینگونه است که توسط قطره چکان، محلول مورد نظر را برای آزمایش روی منشور می گذارند و سپس پیچ قفل منشور را سفت می کنند. توجه کنید که محلول باید طوری روی سطح منشور منتشر شود که امکان ایجاد حباب وجود نداشته باشد. در واقع ضریب شکست، مطیع دما بوده و حتماً باید اندازه گیری توسط این رفراکتومتر در دمای ثابت صورت گیرد.

بنابراین در ساخت رفراکتومترهای رومیزی از محفظه های ورود و خروج محلول با دمای ثابت استفاده شده است. این نوع رفراکتومترها در کارخانجات تولید روغن، صنایع غذایی، کارخانجات قند، صنایع رنگ، صنایع شیمیایی، صنایع تشخیص طبی و پزشکی، مراکز بررسی های زمین شناسی بیشتر استفاده می شوند.

چگونه از دستگاه رفراکتومتر نگهداری کنید؟

رفراکتومتر از دسته دستگاه هایی است که نیاز به نگهداری اصولی دارد و کاربر باید شیوه استفاده و نگهداری از آن را بداند. به همین دلیل در این بخش این موضوع را مورد بررسی قرار دادیم:

• در حالت کلی رفراکتومتر را باید در مکانی خشک که دارای تهویه مناسب است قرار داد تا در عدسی ها و لنزها کپک زدگی ایجاد نگردد. در واقع لنزها اصلی ترین بخش رفراکتومتر را تشکیل داده اند و اگر آسیب ببینند، نتایج ارائه شده با اشتباهات زیادی همراه خواهد بود.
• در صورتی که از این دستگاه، جهت اندازه گیری مواد و محلول خورنده استفاده می شود، بعد از اتمام کار بلافاصله دستگاه را تمیز کنید تا مواد باقیمانده داخلی دستگاه، به بخش های مکانیکال و نوری آسیب وارد نکند.
• بخش های نوری (اپتیکالی) دستگاه را با محلول اتر (گزیلول) و پارچه کتان تمیز کنید و از لمس کردن این بخش ها با دست، اکیداً خودداری کنید.
• از آنجایی که رفراکتومتر از تعدادی منشور و آینه تشکیل شده، بهتر است از تکان دادن آن اجتناب کنید تا تنظیمات دستگاه بهم نخورد. مراقب باشید دستگاه از بالای میز به زمین پرت نشود، چرا که ممکن است بر اثر شوک یا ضربه محکم، در ترازبندی لنزها و منشورها مشکل ایجاد شده و دستگاه کاملاً غیرفعال گردد. 
• مکان قرارگیری نمونه از اصلی ترین بخش های رفراکتومتر می باشد؛ بنابراین بعد از انجام آزمایش حتماً باید این بخش را تمیز کرد. محلول های نیمه جامد آلوده که در محل نمونه باقی می ماند، سبب ایجاد خراش در سطح منشور شده که این امر ممکن است، سبب از کار افتادن دستگاه شده و عملکرد آن را مختل کند.

اجزای تشکیل دهنده دستگاه رفراکتومتر

رفراکتومتر از دو بخش اصلی تشکیل شده که شامل: بخش نوری و خوانش است. هر کدام از این بخش ها، از بخش های زیر تشکیل شده اند:

• منشورها (بازتاب دهنده و متقارن، چهارگوش و مستطیلی)
• منشورهای طیف ساز(انتشار دهنده)
• عدسی ها (شیئی، چشمی و عدسی خوانش)
• آینه بازتاب کننده نور
• کندانسور
• آینه نوسانی (چرخنده ای)
• صفحه مدرج
• کراتیکول

توجه: دقت کنید که تنظیمات این اجزا بصورت دستی یا چشمی صورت می گیرد و در رفراکتومترهای خودکار، خوانش و اندازه گیری در صفحه دیجیتال اجرا می شود. در واقع بخش خوانش، جزو رفراکتومتر دستی و چشمی به حساب می آید.

شیوه عملکرد رفراکتومتر آزمایشگاهی

ابتدا باید رفراکتومتر آزمایشگاهی را با آب مقطر کالیبره کرد، بعد از تعیین مکان مناسب برای نصب رفراکتومتر، آن را در حالت افقی قرار دهید و تنظیمات لازم را اعمال کنید. حالا می توانید دستگاه را روشن نموده و صفحه نور روز دستگاه را باز نمایید. سپس یک یا ۲ قطره از مایع حاوی مواد حل شونده را روی صفحه شیشه ای یا منشور دستگاه بریزید. حالا درپوش را ببندید و کمی به آن فشار وارد کنید تا آب بطور یکنواخت در منشور منتشر گردد.

از طریق چشمی می توان عملکرد دستگاه را کنترل کرد. حالا آن را در برابر نور مستقیم (نور طبیعی یا مصنوعی) قرار دهید. بدین ترتیب زمانی که نور از مایع عبور می کند، مقیاس زاویه شکست نور که همان مقدار تغییر مسیر نور در حین عبور از مایع است، محاسبه شده و زاویه شکست نور با شاخص های انکساری یا ND، غلظت محلول ها و ضریب شکست مواد مقایسه می شود.

در حالت کلی خطی که بعد از عبور نور از منشور و مایع نمایان می گردد؛ در حالت نقطه ای روشن در نمای کلی مشخص شده و یا بصورت رنگ آبی در بالا و رنگ سفید در پایین نمای دایره ای، نمایان می گردد. در واقع خط فوق می بایست در نقطه صفر شاخص واقع شود؛ اگر غیر از این باشد باید پیچ های کالیبراسیون را روی شکست سنج تنظیم کرد تا خط در نقطه صفر قرار گیرد. در آخر روی نمایشگر رفراکتومتر، عددی نشان داده می شود.

دسته بندی رفراکتومترها برحسب مقیاس

رفراکتومترها از لحاظ مقیاس یا واحدهای اندازه گیری انواع مختلفی دارند که شامل: رفراکتومتر بریکس (Brix)،  رفراکتومتر Salinity، رفراکتومتر گرانش و رفراکتومتر مقیاس  Oechsleاست. در ادامه توضیحی مختصر از این رفراکتومترها آورده شده است.

• رفراکتومتر بریکس  (Brix)

این نوع رفراکتومتر جزو کاربردی ترین واحد اندازه گیری ضریب شکست می باشد. همانطور که می دانید سلسیوس یا فارنهایت، واحد اندازه گیری دما است. در واقع خاصیت آب و رفتار حرارتی فارنهایت، در ارائه یک مقیاس اندازه گیری موثر است؛ اما در مورد Brix، برای ارائه یک مقیاس اندازه گیری از محلول های شکر یا ساکارز استفاده شده است.

•  رفراکتومترهای Salinity

رفراکتومترهای Salinity نوعی شوری سنج هستند و به منظور تشخیص میزان غلظت محلول سدیم کلرید در ماده طراحی شده اند.

• رفراکتومتر گرانش

این نوع رفراکتومترها، مایع متناسب با چگالی آب سنجیده می شود و نتایج بدست آمده، مطابق با واحد(sp. Gr)  ارائه می گردد.

• مقیاس  Oechsle

این مقیاس با ^oOe نمایش داده می شود، برای مثال: این مقیاس هیدرومتری می باشد که چگالی انگورهای تخمیر شده را اندازه می گیرد تا  رسیده بودن آنها و میزان قند موجود نشان داده می شود.

چه رفراکتومتر برای یک ماده‌ معین مناسب است؟

تا اینجا با انواع رفراکتومتر و مقیاس های مختلف اندازه گیری آن آشنا شدید. حالا بهتر است بدانید برای اندازه گیری یک ماده چه نوع رفراکتومتر با چه مقیاسی مناسب می باشد. در حالت کلی برای تشخیص غلظت مواد، لازم نیست همیشه از رفراکتومترهای متعدد استفاده کرد. بلکه اغلب می توان غلظت چند ماده مختلف را با یک رفراکتومتر دیجیتال یا دستی اندازه گرفت.

در واقع مواد مختلف رفراکتومتر را می توان در درجات مختلف سنجید و این عامل سبب ایجاد تمایز می گردد. مثلاً یک درجه بندی مشخص ممکن است برای اندازه گیری غلظت انگور مناسب باشد، ولی برای سنجش غلظت عسل یا سس مناسب نباشد.