Khúc xạ kế là gì? Nó là loại thiết bị hoạt động dựa trên cơ chế gì? Tác dụng và cách sử dụng khúc xạ kế sẽ được thiết bị Thịnh Phú giới thiệu với mọi người thông qua bài viết này.
Nội dung bài viết
Định nghĩa khúc xạ kế là gì?
Khúc xạ kế là thiết bị được sử dụng để xác định nồng độ của một chất cụ thể trong một dung dịch nhất định. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý khúc xạ. Khi các tia sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác, chúng bị bẻ cong về một phía hoặc ra khỏi đường bình thường giữa hai môi trường. Góc giữa tia pháp tuyến và tia tới gọi là góc tới. Góc giữa tia pháp tuyến và tia khúc xạ gọi là góc khúc xạ.
Góc khúc xạ liên quan đến một giá trị chỉ số được gọi là chỉ số khúc xạ. Mỗi hợp chất có một chỉ số khúc xạ cụ thể. Góc khúc xạ phụ thuộc vào thành phần của môi trường và nhiệt độ. Sự phụ thuộc vào thành phần này làm cho khúc xạ kế trở nên hữu ích.
Khi nồng độ của một hợp chất cụ thể trong dung dịch tăng lên, thì mức độ ánh sáng bị bẻ cong cũng vậy. Ngoài ra, điều quan trọng là xác định nhiệt độ của môi trường thử nghiệm vì nhiệt độ ảnh hưởng đến góc khúc xạ.
Cách hoạt động của khúc xạ kế
Khi ánh sáng xuyên qua chất lỏng, nó sẽ đổi hướng, hiện tượng này được gọi là khúc xạ. Khúc xạ kế đo mức độ ánh sáng thay đổi hướng, được gọi là góc khúc xạ. Một máy đo khúc xạ kế lấy các góc khúc xạ và tương quan chúng với các giá trị chiết suất (nD) đã được thiết lập.
Sử dụng các giá trị này, chúng ta có thể xác định nồng độ của các dung dịch. Ví dụ, các dung dịch có chiết suất khác nhau tùy thuộc vào nồng độ của chúng trong nước.
Lăng kính trong khúc xạ kế có chiết suất lớn hơn dung dịch. Các số đo được đọc tại điểm mà lăng kính và dung dịch gặp nhau. Với dung dịch có nồng độ thấp, chiết suất của lăng kính lớn hơn nhiều so với dung dịch mẫu, tạo ra góc khúc xạ lớn.
Ví dụ, chỉ số khúc xạ có thể được sử dụng để xác định nồng độ / độ mặn natri clorua (NaCl) trong dung dịch nước muối. Đối với mỗi giá trị độ mặn theo phần trăm, có một góc khúc xạ tương ứng.
Góc khúc xạ đó được chuyển thành độ mặn phần trăm. Phần trăm này là nồng độ của NaCl trong dung dịch nước muối. Để giúp việc chuyển đổi dễ dàng hơn, các máy đo khúc xạ có sẵn các thang đo được hiệu chuẩn để đọc giá trị mong muốn, trong trường hợp này là độ mặn phần nghìn (ppm).
Xem thêm: ppm là gì?
Các loại khúc xạ kế
Khúc xạ kế được sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng, mỗi ứng dụng có những yêu cầu khác nhau đối với thiết bị. Chúng bao gồm khúc xạ kế Abbe, khúc xạ kế cầm tay, khúc xạ kế kỹ thuật số, khúc xạ kế tự động và khúc xạ kế quá trình.
Khúc xạ kế Abbe
Máy đo khúc xạ Abbe, được đặt theo tên người phát minh ra nó là Ernst Abbe (1840-1905), là thiết phòng thí nghiệm đầu tiên để xác định chính xác chiết suất của chất lỏng. Nguyên tắc đo của khúc xạ kế Abbe dựa trên nguyên lý phản xạ toàn phần.
Khúc xạ kế Abbe được sử dụng để đo chất lỏng. Có thể chọn lăng kính có chiết suất cao. Ánh sáng từ nguồn bức xạ bị phản xạ bởi gương và chạm vào lăng kính kép. Một vài giọt mẫu được đặt giữa lăng kính kép Abbe này.
Chùm ánh sáng tới chỉ truyền qua lăng kính kép và mẫu nếu góc tới của chúng tại mặt phân cách nhỏ hơn góc tới hạn của phản xạ toàn phần. Một kính hiển vi và một gương có cơ chế phù hợp được sử dụng để xác định đường ranh giới sáng / tối (đường bóng tối).
Người điều khiển khúc xạ kế Abbe điều chỉnh gương với sự trợ giúp của một núm xoay cho đến khi ranh giới sáng / tối nằm ở giao điểm của các ô chữ thập của kính hiển vi. Các chỉ số khúc xạ tương ứng sau đó có thể được đọc từ thang Vernier.
Độ chính xác của khúc xạ kế Abbe cổ điển là nD = 0,0002, trong đó chữ số thập phân thứ tư được xác định bằng cách lấy trung bình một số lượng lớn các phép đo riêng lẻ. Kết quả phụ thuộc vào cách giải thích của người dùng và thường khác nhau giữa những người dùng.
Các máy đo khúc xạ kế bán tự động được trang bị màn hình kỹ thuật số của dữ liệu đo và do đó cho phép đọc dữ liệu đo nhất quán hơn. Tuy nhiên, vẫn cần điều chỉnh thủ công thiết bị này để kết quả đo thu được tiếp tục phụ thuộc vào cách hiểu và kỹ năng của người được đo.
Khúc xạ kế cầm tay
Máy đo khúc xạ cầm tay đa năng rất dễ sử dụng. Khúc xạ cầm tay được sử dụng bởi những người nuôi ong để xác định độ brix của mật ong, bởi các nhà sản xuất rượu để xác định hàm lượng đường trong trái cây và nho phải và bởi những người nuôi trồng thủy sản để xác định nồng độ muối trong ao nuôi.
Một giọt chất lỏng nhỏ lên lăng kính đo là đủ để xác định chiết suất. Được đặt đối diện với nguồn sáng, giá trị đo được có thể được đọc qua thị kính trên thang đo.
Xem thêm:
Để bù nhiệt độ của chất lỏng, các máy đo khúc xạ cầm tay có tích hợp cơ chế điều chỉnh nhiệt độ tự động (ATC).
Khúc xạ kế kỹ thuật số
Khúc xạ kế kỹ thuật số hoạt động theo cách tương tự như khúc xạ kế cầm tay, nhưng với tính năng xác định và đọc đường ranh giới tự động. Chúng có độ chính xác cao hơn so với các máy đo khúc xạ cầm tay thủ công và thường có sẵn với một loạt các thang đo phổ biến.
Xem thêm: Máy đo độ ngọt brix Atago
Khúc xạ kế tự động
Máy đo khúc xạ tự động cung cấp mức độ chính xác cao nhất. Ngược lại với phép đo khúc xạ thủ công trong điều kiện môi trường không được kiểm soát, ví dụ, có thể đo chiết suất của mẫu ở các nhiệt độ hoặc bước sóng ánh sáng khác nhau.
Máy đo khúc xạ tự động được tìm thấy chủ yếu trong các ứng dụng phòng thí nghiệm, nơi yêu cầu phép đo chính xác trong các điều kiện được kiểm soát cao.
Các thiết bị hiện đại được trang bị đèn LED làm nguồn sáng có tuổi thọ lên đến hơn 100.000 giờ.
Bộ lọc nhiễu đảm bảo duy trì bước sóng chính xác. Để thực hiện các phép đo khúc xạ so sánh được, chúng thường được thực hiện ở bước sóng tiêu chuẩn 589.3 nm.
Nguyên tắc đo cũng giống như các máy đo khúc xạ khác, trong đó ánh sáng đơn sắc chiếu tới ở các góc tới khác nhau trên lăng kính và mẫu. Cường độ của ánh sáng phản chiếu được xác định bởi một máy quét thiết bị tích hợp điện tích (CCD) và vị trí kết quả của ranh giới sáng / tối được xác định tự động.
Máy đo khúc xạ quy trình
Các thiết bị này bao gồm các cảm biến, được đặt trong dòng hoặc trong một đường vòng, được kết nối với hộp điều khiển. Hộp điều khiển này thường cung cấp kết quả đo.
Giống như các máy đo khúc xạ tiên tiến khác (tức là tất cả ngoại trừ loại Abbe và loại cầm tay), chúng hoạt động trên nguyên tắc đo khúc xạ toàn phần bằng cách xác định góc tới hạn của ánh sáng đơn sắc trong một loạt các góc tới.
Máy đo khúc xạ quy trình có thể không cần sự tham gia của con người trong quá trình đo và có thể cung cấp phương tiện xử lý dữ liệu đo thời gian thực. Điều này làm cho các thiết bị này trở nên hữu ích cho các hoạt động công nghiệp lớn, chẳng hạn như các ngành công nghiệp thực phẩm, đường, bột giấy và giấy, tinh chế và hóa chất và dược phẩm.
Màn hình và đầu ra có thể được hiển thị trực tiếp trong bất kỳ thang đo nào lấy từ chỉ số khúc xạ, theo yêu cầu của ứng dụng công nghiệp cụ thể. Quá trình khúc xạ kế cũng phải hoạt động dưới áp suất rất cao.
Các loại thang đo khúc xạ kế
Tùy theo ứng dụng và mục đích đo mà khúc xạ kế có thể chia làm các loại thang đo sau:
- Độ mặn: Đo các dung dịch natri clorua, nước lệ, nước nhiễm mặn hay nước muối bằng đơn vị phần nghìn ppm hoặc % nồng độ muối.
- Đo độ Brix: Đo phần trăm đường sucrose. Được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống để kiểm soát chất lượng độ ngọt.
- Điểm đóng băng của chất làm mát: Xác định hiệu quả của chất làm mát ethylene glycol và propylene glycol.
- Lâm sàng: Các phép đo Độ albumin trong huyết thanh và trọng lượng riêng của nước tiểu.
- Trọng lượng riêng: Đo khối lượng riêng của một chất lỏng liên quan đến khối lượng riêng của nước, có trọng lượng riêng là 1.
Kết luận: Tùy mục đích, loại sản phẩm và độ chính xác cao hay thấp mà người dùng có thể lựa chọn một trong những loại khúc xạ kế trong danh sách này để sử dụng nha.