کاربرد قوانین فیزیکی

معرفی دستگاه رفرکتومتر

هنگامی که پرتو نور از محیطی به محیط دیگر با غلظتی متفاوت وارد می شود، به علت تغییر سرعت عبور، مسیر آن منحرف می‌شود. این پدیده شکست نور "Refraction" نامیده می شود. در صورتیکه محیط دوم چگال تر از محیط اول باشد نور به خط عمود نزدیک‌تر می شود. و در صورتی که غلظت کمتری داشته باشد از خط عمود بر سطح دور می‌شود.

چنانچه در شکل مشاهده می شود، زاویه بین شعاع تابش و خط عمود، زاویه تابش (i) و زاویه بین شعاع شکست و خط عمود زاویه شکست (r) نامیده می شود. ضریب شکست یک ماده (n) عبارتست از: نسبت سرعت عبور نور در خلا (c ) به سرعت عبور نور از آن ماده (vi). ضریب شکست مطلق هر جسم به صورت زیر تعریف می شود:

برای اهداف کاربردی به جای خلاء به عنوان مرجع از هوا استفاده می کنند چرا که ضریب شکست آن بسیار نزدیک به خلاء است.
ضریب شکست مانند نقطه ذوب از خواص فیزیکی مواد است. رفرکتومتری به معنی تعیین ضریب شکست گازها، مایعات و جامدات نیمه شفاف، به‌وسیله دستگاه رفرکتومتر است. می توان از این مشخصه، برای شناسایی مواد یا ارزیابی خلوص آن استفاده کرد. با معین شدن ضریب شکست، علاوه بر شناسایی مواد مقدار آن را نیز می توان محاسبه کرد.
دستگاه رفرکتومتر کاربرد زیادی در صنایع گوناگون دارد. به عنوان مثال برای اندازه‌گیری غلظت نمک طعام در حوضچه‌های پرورش ماهی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صنایع غذایی نیز این دستگاه کاربرد بسیار زیادی دارد مثلا در کارخانه های قند برای تعیین بریکس محلول قند مورد استفاده قرار می گیرد. در پزشکی برای پی بردن به میزان اوره و پروتئین خون، میزان نمک موجود در آن و غلظت مایعات استفاده می شود و مهم‌ترین کاربرد آن تعیین غلظت Urine در آزمایشگاه است.
بریکس واحدی است که بیان کننده مقدار ذرات جامد موجود در یک محلول است و اصولا به غلظت و ویسکوزیته وابسته است.

اساس کار
اساس کار رفلکتومتر در تابش نور به شرط تکفام بودن آن و هدایت آن به سمت محلول مورد نظر و عبور آن است که چون این دو محیط با هم تفاوت دارند ، نور شکسته شده و با ضریب شکست محدود قابل دریافت است. میزان شکست نور مانند اثر انگشت برای محلول‌های با غلظت یکسان و در دما فشار برابر منحصر به فرد است. درون رفرکتومتر خط نوری دیده می شود که با منشورها و لنزهای مختلف به وجود می آید. این خط نور با کمک عدسی سر دوربین توسط کاربر قابل مشاهده است.
در دستگاه رفرکتومتر نور از محیط رقیق وارد محیط غلیظ می شود. که محیط رقیق، مایع یا محلول موردنظر و محیط غلیظ، منشور دستگاه است. در واقع، در عمل، ضریب شکست محلول و منشور نسبت به هم سنجیده می شود:

Nضریب شکست محیط غلیظ، n ضریب شکست رقیق و i و r به ترتیب زوایای تابش و شکست هستند. در رفرکتومتری زاویه شکست بحرانی (حد) اندازه گیری می شود یعنی زمانی که زاویه تابش 90شود.
رابطه بین ضریب شکست و غلظت تا حدود 2-10 یک رابطه خطی است که بر اساس همان می توان با تایید ضریب شکست یک محلول غلظت آن‌را با استفاده از نمودار خطی در فاصله حدود 2-10 مولار بدست آورد.

ساختار رفرکتومتر

دستگاه رفرکتومتر از اجزاء و قسمت‌های زیر تشکیل شده است:

1- دو منشور که یکی انتشار دهنده Diffusing prism و دیگری شکست دهنده Refracting prism است. نمونه مورد نظر بین این دو منشور قرار می گیرد. نور وارد منشور انتشار دهنده شده و تجزیه می شود، این نور با  مشخص وارد نمونه مورد آزمایش شده و سپس به منشور Refracting می رود. (ورود نور از محیط رقیق به غلیظ). قبل از هر بار ریختن محلول، منشورها کاملا تمیز شده و با مقدار کمی از محلول موردنظر، شستشو داده می شود.
2- دو لنز که یکی لنز تصویر و دیگری لنز n (ضریب شکست) است.
3- ترمومتر: جهت تنظیم و گزارش دما
4- پیچ هایی جهت تنظیم تصویر
طراحی اولین نمونه از این دستگاه در اواخر دهه 1800 میلادی توسط ارنست آبه صورت گرفت. آن دستگاه شامل ترمومترهای توکار و حمام سیرکولاتورهای آب بودن که برای کنترل دمای دستگاه و مایعات استفاده می شد. پس از آن دستگاه‌ها مجهز به میکروسکوپ نیز شدند. امروزه این دستگاه در چهار نوع موجود است: رفرکتومتر دستی آنالوگ، رفرکتومتر رومیزی، رفرکتومتر دستی دیجیتال و رفرکتومتر آنلاین.
برای کالیبراسیون و تعیین میزان خطای دستگاه از مواد در دسترس مانند آب مقطر (3325/1 = n) استفاده می کنیم. در برخی رفرکتومترها نور از بین لایه نازکی از نمونه مایع عبور می کند.
در ادامه به توضیح دو نسل قدیمی و جدید رفرکتومترها خواهیم پرداخت:

نسل اولیه رفرکتومترها

برای استفاده از این رفرکتومترها چند قطره از نمونه مورد نظر روی منشور قرار داده می شود. (در صورتی که این مقدار کم باشد دستیابی به نتیجه مطلوب سخت می‌شود و در صورت زیاد بودن ترشح مایع با اطراف منجر به آلودگی می شود) پس از محکم کردن منشور، لامپ مقابل آن قرار می گیرد. پس از شروع به کار کردن دستگاه می توان مقدار نوردهی عدسی ها را به کمک ناب موجود روی دستگاه تغییر داد. نتایج به صورت آنالوگ در این دستگاهها نشان داده می شود و باید همراه دما، به صورت دستی ثبت شود. پس از هر بار اندازه گیری باید دستگاه را برای تست بعدی تمیز کرد.

رفرکتومترهای نسل جدید

بخش اپتیک این مدل مشابه رفرکتومترهای قدیمی تر است، عملکرد آن نیز مشابه است. هنگام نمونه دهی باید به اندازه ای استفاده شود که کاملا منشور را بپوشاند اما نه بیشتر. برای تنظیم کانون عدسی باز هم از ناب روی دستگاه استفاده می کنیم تا زمانی که علامت ضربدر واضح شود. (اگر تیره تر بود پادساعتگرد و اگر روشن تر بود ساعتگرد) سپس با فشار دادن دگمه READ مقدار ضریب شکست بر LED جلوی دستگاه نمایان می شود. در مدل های جدید تر توسط ترمومتری دما نیز اندازه گیری شده و همراه نتایج به صورت دیجیتال ثبت می‌شود.
در استفاده مداوم از این دستگاه مهم ترین مساله تمیز کردن دقیق آن است. گرد و غبار و ذرات ریز بزرگترین دشمن دقت اندازه گیری است. برای پرهیز از ساییده شدن صفحه شیشه ای منشورها بهتر است برای پاک کردن از گوی پنبه ای استفاده نموده و به آرامی گرد و غبار را بزدایید. سپس آن‌را با پنبه جدید و الکل شستشو دهید.

کاربرد قوانین فیزیکی

مطالب مشابه :

واريز شهريه و كارت ورود به جلسه (قابل توجه دانشجويان)

ماورا

کاربرد قوانین فیزیکی

سیاست دختر قاپیدن معاون دانشگاه جامع علمی کاربردی یاسوج

فناوری نانو

شیمی محض

معرفی وآشنایی با فیزیک پزشکی (Medicale Physics)

ماوراء نت