Для осуществления исследований с использованием рефрактометра потребуется всего лишь 2-3 капли исследуемого материала, что значительно выгодно отличает этот прибор от его аналогов, таких как спиртометр и сахарометры, для работы с которыми необходимо не менее 300-400 мл жидкости. В этой статье мы подробно расскажем о том, как правильно пользоваться рефрактометром и его особенностях.
Применение рефрактометра в офтальмологии
Рефрактометр — это оптический инструмент, предназначенный для измерения преломляющей способности глаза. Метод рефрактометрии используется в диагностике различных глазных заболеваний, таких как миопия (близорукость), гиперметропия (дальнозоркость) и астигматизм.
Глазные органы представляют собой сложную оптическую систему, состоящую из различных тел и сред, обладающих способностью преломлять свет. Для получения четкого изображения световые лучи должны преломляться с определенной силой. Этот процесс называется рефракцией глаза. С возрастом у многих людей происходит изменение рефракции, что может негативно отразиться на остроте зрения.
Во время стандартного осмотра у окулиста пациентам обычно предлагают пройти рефрактометрию для более детального анализа состояния зрения.
Рефрактометрия — это один из наиболее востребованных методов диагностики в области офтальмологии, позволяющий оценивать состояние глазных тканей, выявлять отклонения в рефракции и обнаруживать ранние стадии развития глазных болезней.
Процедура рефрактометрии осуществляется с использованием высокоточного устройства — рефрактометра, который исследует преломляющую способность глаза. Современные компьютерные технологии обеспечивают высокую чувствительность данного метода диагностики. Рефрактометрия позволяет выявить различные офтальмологические патологии на ранних стадиях, включая дефекты роговицы, и поставить точный диагноз.
На основании полученных данных окулист может подобрать наиболее подходящий метод коррекции зрения, будь то очки или контактные линзы. В некоторых случаях рефрактометрию комбинируют с другими методами исследования, например, скиаскопией, что позволяет получить более полное представление о состоянии зрения.
Рефрактометрия играет особенно важную роль в процессе коррекции зрения. Это особенно актуально для детей и подростков — в этом возрасте корректировка может устранять даже минимальные отклонения и способствовать сохранению нормальной функции зрения. Наблюдение за изменениями рефракции у людей пожилого возраста также критически важно для контроля хода лечения и предотвращения дальнейшего ухудшения зрения.
Кроме того, рефрактометрия часто применяется перед лазерными операциями на глазах для оценки их результатов.
Показания и противопоказания к рефрактометрии
Исследование с использованием рефрактометра проводят при наличии следующих показаний:
- врожденная близорукость;
- астигматизм;
- подозрение на миопию;
- гиперметропия, а также подозрение на её наличие;
- резкое снижение зрения и ослабление функциями зрения;
- подготовка к оперативным вмешательствам на глазах;
- оценка эффективности проведенной лазерной операции;
- подбор очков или контактных линз для коррекции зрения.
Кроме того, рефрактометрию проводят с целью контроля за лечением различных офтальмологических заболеваний, а также в рамках регулярных профилактических осмотров, условием которых является высокая четкость зрения.
Этот метод исследования является неинвазивным и не вызывает каких-либо отрицательных последствий, благодаря чему его можно применять практически у любого пациента.
Однако существуют определенные противопоказания для проведения рефрактометрии:
- наличие у пациента катаракты или бельма на глазу, а также признаки мутности стекловидного тела;
- воздействие алкоголя или наркотических средств на пациента;
- серьезные психические расстройства у обследуемого.
Перед проведением обследования пациентам рекомендуется за несколько дней до процедуры закапать в глаза капли, способствующие расширению зрачков, например, Атропин. Однако нужно учитывать, что это средство имеет некоторые ограничения в применении, которые необходимо обсудить с врачом перед назначением диагностики.
Одним из ключевых противопоказаний к проведению рефрактометрии является наличие аллергии на м-холинолитики. Если после закапывания капель возникают нежелательные реакции, пациент обязан уведомить об этом лечащего врача.
Устройство и принцип работы рефрактометра
Общую схему работы рефрактометра можно увидеть на рисунке 1. Ключевой компонент — главная призма, представляющая собой прозрачное стекло с высоким коэффициентом преломления. На данную призму наносится жидкость, через которую свет, преломляясь, проходит дальше. Затем свет попадает через систему линз на градуированную шкалу, разделяя её на светлую и тёмную части. Место, где проходит граница между этими частями, и есть то значение, которое мы и ищем.
Разновидности рефрактометров и их особенности
В процессе самогоноварения применяют два основных типа рефрактометров:
На рисунке 2 представлены рефрактометры с различным диапазоном измерений: слева — на 40% BRIX и справа — на 80% BRIX.
Первый вид (40% BRIX*) предназначен для измерения плотности сахаросодержащих жидкостей, в то время как второй (80°) используется для измерения плотности спиртосодержащих жидкостей.
*Градус Brix (или Брикс) (обозначается как °Bx) является мерой массового отношения растворённой в воде сахарозы к жидкости. Эта единица используется для определения сахаристости сусла.
Хотя принцип работы второго прибора более-менее понятен, у многих возникают затруднения в понимании применения рефрактометра на 40% BRIX. Чаще всего возникает вопрос о том, как правильно считывать его показания, так как этот прибор имеет две шкалы (как показано на рисунке 2). Одна шкала обозначает BRIX (сахаристость), а другая — алкоголь. Шкала BRIX варьируется от 0 до 40, а алкогольная шкала — от 0 до 25.
Как правильно считывать показания? Несмотря на несоотносимость единиц измерения, если рефрактометр на шкале BRIX, к примеру, показывает 35 единиц, это не означает, что крепость составляет 22°. При этом стрелки на обеих шкалах стоят на одном уровне.
Ответ очевиден: рефрактометр на 40% BRIX предназначен исключительно для измерения количества сахара в жидкости. Вторая шкала, отображающая градусы алкоголя, дает лишь ориентировочные показания крепости, которая будет в конечном итоге получена из измеряемой сахарной жидкости.
Большой рефрактометр (80°) пригоден лишь для измерения спиртосодержащих жидкостей, в то время как маленький (40% BRIX) — только для сахаросодержащих. Эти два типа приборов не являются взаимозаменяемыми, как erroneously считают некоторые пользователи. Они сфокусированы на различных видах жидкостей.
С полным пояснением данного вопроса можно ознакомиться в видеоролике нашего эксперта Кислицына Владислава.
Устройство и принцип работы рефрактометра
Прибор, предназначенный для измерения плотности прозрачной жидкости, работает за счет преломления света — эффекта рефракции. Его конструкция и оптическая схема демонстрируются на рисунке 1. Чем выше плотность вещества, тем сильнее замедляется скорость прохождения света через него, и тем больше он отклоняется от прямой линии.
Далее свет проходит через группу линз и попадает на шкалу прибора. По линии раздела между освещенной и темной зоной на шкале определяется коэффициент преломления — таким образом, измеряется плотность вещества.
Разные рефрактометры предоставляют результаты в различных единицах измерения в зависимости от типа жидкости, которую они анализируют.
- Содержимое спирта в браге измеряется в градусах.
- Массовая доля сахарозы определяется в градусах Brix (Брикс). Например, значение 25°Bx показывает, что в 100 граммах раствора содержится 25 граммов сахара и 75 граммов воды.
- Шкала Baume (Боме) показывает плотность жидкости. Например, плотность дистиллированной воды при 15°С составляет 0 Be°. А для 15%-ного раствора поваренной соли прибор покажет 15 Be°.
- Значение Water необходимо для определения влажности продукта.
Эти шкалы различаются частотой делений — расстоянием между рисками. Существенно проще приобрести специализированный рефрактометр, нежели переводить градусы по таблицам.
По принципу действия эти измерители плотности не различаются и состоят из схожих элементов.
- Главный элемент — призма, обладающая высоким коэффициентом преломления, на которой размещается исследуемая жидкость.
- Снаружи призма прикрыта защитным стеклом, что защищает её от механических повреждений во время хранения и помогает разровнять и спрессовать образец, тем самым увеличивая точность измерений.
- Калибровочный винт предназначен для точной настройки оптической системы прибора. Для предотвращения случайной регулировки этот винт утоплен в корпусе — для его поворота требуется отвертка.
- Система линз направляет световой луч на шкалу. Линзы окрашены в синий цвет, что позволяет четко различать границу между освещенной и темной частью шкалы.
- Температура способствует уменьшению плотности любого материала, что может вызывать погрешности в измерениях. Для устранения этого эффекта в конструкциях рефрактометров используется биметаллическая пластина, которая при нагреве смещает нулевую отметку. Это называется системой автоматической компенсации температуры (ATC — Automatic Temperature Compensation System). Данная пластина настраивается на заводе и не требует дополнительных регулировок.
Благодаря системе ATC, измерения могут производиться при температуре в диапазоне от 10 до 30°С. Поэтому рекомендуется использовать рефрактометры, оснащенные данной системой. В случае отсутствия такой возможности, измерения следует проводить при 20°С, иначе результаты будут требовать пересчета с использованием специальных таблиц.
Точность большинства приборов варьируется в пределах 1-2,5% или 0,1-0,3 Brix. Хотя конструкции приборов схожи, каждый рефрактометр имеет свою уникальную область применения.
Разновидности рефрактометров
Современные устройства для рефракции бывают трех типов: ручные, лабораторные и промышленные.
Промышленные
Эти устройства устанавливаются на производственных предприятиях и представляют собой стационарные установки. Часто они функционируют непрерывно, что позволяет контролировать состав материала в реальном времени. Эти приборы можно подключить к компьютерам для автоматизации контроля производственных процессов. Они идеально подходят для массовых измерений на крупных производственных мощностях.
Лабораторные
Приборы, используемые в лабораториях, обеспечивают максимальную точность измерений. Как правило, они неподвижны и устанавливаются на лабораторных столах. Эти установки используются в научных исследованиях, а также для контрольных проверок на производственных предприятиях.
Ручные
Ручные рефрактометры наиболее удобны для использования в личных целях и в малом бизнесе. Этот класс устройств делится на две категории.
- Для сахара. Измеряют содержание сахара в веществе и показывают его в градусах Brix (°Bx). К примеру, показание 19°Bx указывает, что в 100 граммах жидкости содержится 19 граммов сахара и 81 грамм воды. Многие модели имеют диапазон измерений от 0 до 32-40 Brix, что достаточно для большинства виноделов. Важно отметить, что измеряется концентрация всех видов сахара, включая сахарозу, фруктозу и другие соединения. Она определяется на основе массы, а не по объему.
- Для спирта. Эти приборы предназначены для процентного расчета массовой доли спирта в жидкости. Многие модели имеют двойную шкалу — в Brix и градусах крепости спиртного напитка. Точный результат определяется в градусах Brix, в то время как содержание спирта рассчитывается ориентировочно.
Существуют два типа ручных рефрактометров: аналоговые и цифровые. Работа с ними требует различного подхода.
- Для считывания показаний аналоговых приборов необходимо смотреть через объектив на источник света. Эти устройства не зависят от источников питания, однако требуют наличия внешнего освещения.
- В электронных моделях информация отображается на дисплее. Они универсальны, менее чувствительны к освещению и могут показывать результаты в разных единицах измерения. Для работы им необходим электрический источник — батарей формата AА достаточно на месяц, а аккумуляторы требуют подзарядки примерно раз в день.
Благодаря своей надежной работе и простоте использования рефрактометры находят применение в большинстве отраслей.
Калибровка и подготовка рефрактометра к работе
Перед использованием рефрактометра необходимо провести его калибровку. Для этого некоторым моделям требуются специальные жидкости, но большинство приборов может быть откалибровано с помощью дистиллированной воды.
Рассматриваемый метод калибровки следующий: если посмотреть в окуляр любого рефрактометра без использования калибровочной жидкости, его шкала будет окрашена в синий цвет (рис. 1).
Для калибровки на главную призму необходимо нанести 2-3 капли дистиллированной воды (это удобно делать с помощью пипетки). Закрывая защитное стекло, нужно убедиться, что вода равномерно распределилась по всей поверхности призмы — без пузырьков и сухих участков.
Через 30 секунд, необходимых для адаптации образца к температуре окружающей среды, рефрактометр нужно направить к источнику естественного дневного света (флуоресцентный свет недопустим). В окуляре при этом должна отображаться шкала, показывающая смешение синего и белого цветов (рис. 2).
Главная задача калибровки состоит в том, чтобы добиться совпадения границы между этими двумя участками с отметкой 0.0 (рис. 3) с помощью регулировки калибровочного винта.
После завершения настройки призму рекомендуют аккуратно протереть мягкой тканью.
Сферы применения рефрактометра
Рефрактометры находят широкое применение в различных отраслях промышленности для определения концентрации различных веществ в различных средах.
Например, в химической сфере эти приборы используют для измерения содержания кислот, солей металлов, спиртов, гликолей, аминов и фунгицидов в растворах. Также с их помощью контролируют уровень полимеризации синтетических смол и пластмасс.
На текстильных предприятиях рефрактометры применяются для определения концентрации прядильных растворов, а также растворов капролактама и поликарбонатов.
В пищевой промышленности эти приборы используются для измерения сахаристости и оценки качества безалкогольных напитков, крепости и плотности алкогольных продуктов, а также для анализа состава соков, сиропов, джемов, детского питания и молочных продуктов.
В газовой и нефтяной сферах рефрактометры служат для определения концентрации водных смесей моноэтиленгликоля в природном газе, а также для анализа составов масел, смазок и охлаждающих жидкостей.
На производственных предприятиях, занимающихся производством канцелярских изделий, рефрактометры используют для измерения концентраций крахмала и других сухих компонентов в клеевых смесях.
В фармацевтике эти приборы применяются при производстве витамина С, для измерения концентрации аскорбиновой и цетогулоновой кислот. С помощью рефрактометров также контролируется чистота синтезированных веществ и качество медикаментов.
Газовые интерференционные рефрактометры применяются для анализа состава воздуха с целью обнаружения возможных утечек горючих газов.
Ручной рефрактометр является универсальным инструментом, позволяющим быстро и просто определять концентрацию водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей.
Кроме того, этот прибор может быть использован для выявления степени загрязненности эмульсий посторонними маслами и смазками, что позволяет предупреждать возможные сбои в рабочих процессах.
Наличие размытости световой полосы на шкале рефрактометра указывает на загрязненность смазочно-охлаждающей жидкости.
Наиболее удобным для большинства предприятий по металлообработке являются рефрактометры для СОЖ со шкалой 0-20 % Brix. Эти приборы компактны и могут легко использоваться даже в ограниченных пространствах.
Для качественного анализа СОЖ этот прибор требует всего лишь 2-3 капли эмульсии. Простой процесс калибровки призмы и окуляра обеспечивает высокую точность и воспроизводимость проведенных измерений.
Автоматическая система компенсации температуры в диапазоне от 10 до 30 °C устраняет необходимость в корректировке полученных значений.
Скрытый калибровочный винт препятствует случайной регулировке рефрактометра в процессе его использования. Двойное соединение на пластине для дневного света гарантирует точность установки прибора.
Проведение измерений с использованием рефрактометра
Измерение концентрации смазочно-охлаждающей жидкости проводится в момент первого смешивания с водой и повторяется каждые несколько дней.
Для определения концентрации СОЖ необходимо провести следующие действия:
- Поднять защитную крышку дневного света и нанести 2-3 капли СОЖ на сухую призму;
- Распределить жидкость под защитной крышкой по всей поверхности призмы;
- Проверить, чтобы в образце не было сухих пятен или пузырьков воздуха, и опустить крышку дневного света.
Спустя 15-30 секунд граница между синей и белой областями на шкале рефрактометра даст значение концентрации смазочно-охлаждающей жидкости (в %).
Для расчета концентрации СОЖ для различных групп продуктов необходимо умножить полученный результат на поправочный коэффициент:
- Для СОЖ с высоким содержанием минерального масла – 1,0;
- Для СОЖ со средним содержанием минерального масла – 1,1;
- Для СОЖ с низким содержанием минерального масла – 1,4;
- Для синтетических СОЖ, не содержащих минерального масла – 2,0.
Более точные значения коэффициента рефракции следует уточнять в технической документации на конкретные продукты.
Если граница между зонами шкалы выглядит размыто, это может свидетельствовать о наличии загрязнений в образце смазочно-охлаждающей жидкости сторонними маслами. Если же разделительная линия между зонами полностью отсутствует, это указывает на критическую степень загрязнения, и данная СОЖ подлежит замене.
В процессе измерений калибровочный винт не нужно поворачивать!
Уход за рефрактометром
Рефрактометр — это точный оптический инструмент, который требует особого ухода и внимания во время эксплуатации и хранения.
Чтобы сохранить целостность поверхности призмы, необходимо регулярно проводить её очистку и избегать продолжительного контакта с кислотами или щелочами. Игнорирование этих рекомендаций может привести к потерям в точности работы прибора и, соответственно, к искажению результатов его измерений.
По завершении измерений призму и защитное стекло рефрактометра следует тщательно промыть с использованием мягкой ткани, смоченной водой или спиртосодержащими растворами, чтобы полностью удалить остатки смазочно-охлаждающей жидкости и масел. После этого поверхность нужно вытереть насухо.
Опускать рефрактометр в воду нельзя! Появление конденсата внутри прибора — это признак того, что внутрь попала влага. Хранить рефрактометр рекомендуется при комнатной температуре в специальном футляре. Не следует допускать длительного воздействия прямых солнечных лучей, ударов и вибраций на устройство. Правильный уход за рефрактометром обеспечивает длительный срок его безотказной работы.
