Actualmente masurarea concentratiei de substante dizolvate intr-un lichid se face utilizind metoda refractometrica sau metoda densimetrica. Ambele metode prezinta avantaje importante in raport cu alte metode si sunt larg utilizate pe plan mondial pentru masurarea concentratiei de substante in diferite ramuri industriale.

   In continuare prezentam principiile de masura ale metodei refractometrice, principii ce trebuiesc respectate in constructia aparatelor de masura a concentratiei - refractometrele.

  Realizarea unui refractometru se bazeaza pe fenomenele fizice ale reflexiei totale si refractiei luminii. Este cunoscut ca o raza de lumina care trece dintr-un mediu A intr-un mediu B, fiecare avind un indice de refractie diferit, nu va urma o linie dreapta ci va suferi o abatere de la traiectoria initiala.

   Marimea abaterii si directia acesteia fata de raza incidenta  depind de indicele de refractie -  nD al mediului B. Un parametru de baza in studiul fenomenelor optice este unghiul de incidenta care este unghiul sub care raza de lumina parcurge mediul A  si se masoara intre directia razei incidente si o perpendiculara pe planul de separare al celor doua medii in contact. Unghiul sub care raza de lumina parcurge mediul B se numeste unghi de refractie si se masoara intre directia razei refractate si perpendiculara pe planul de separare al celor doua medii. Relatia care leaga unghiurile de incidenta si refractie si indicii de refractie ai celor doua medii Asi B este cunoscuta sub numele de formula lui Snell si are urmatoarea expresie :

nDA / nDB = sinaB/sinaA

Prin cresterea valorii unghiului de incidenta se observa ca unghiul de refractie tinde catre 90 grade.

La un anumit unghi de incidenta valoarea unghiului de refractie va fi de 90 grade. In acest moment

practic nu mai exista refractie iar unghiul de incidenta se numeste unghi critic sau unghi limita aL. Formula lui Snell se simplifica devenind :

nDB = nDA*sinaA

La unghiuri de incidenta mai mari decit unghiul critic razele incidente nu vor mai fi refractate ci vor suferi o reflexie totala, unghiul de reflexie fiind egal cu unghiul incident.

  Refractometrele realizate pe plan mondial sunt refractometre cu microprocesor care permit realizare unor precizii de masura ridicate si care sunt realizate utilizind experienta tehnica in optica, electronica si mecanica fina.

   Masurarea concentratiei unei solutii se face pe baza indicelui de refractie al respectivei solutii de unde si numele de refractometre. Fiecare material - solid, lichid sau solutie - este caracterizat printr-un indice de refractie nD care este raportul intre viteza lumunii in vid si viteza luminii in materialul respectiv :

 nDB = c / v = viteza luminii in vid / viteza luminii in mediul B  

   Indicele de refractie este o proprietate fizica a materialelor precum densitatea sau viscozitatea. In cazul solutiilor (lichide cu substante dizolvate) cu cit concentratia este mai mare cu atit densitatea creste, viteza luminii scade si deci, conform formulei, indicele de refractie creste. Se stabileste astfel o relatie bine determinata intre concentratie si indicele de refractie. In practica determinarea concentratiei se face utilizind legile refractiei si reflexiei, avind ca mediu solutia/produsul de analizat. Utlizind ca mediu A o prisma cu indice de refractie cunoscut si ca mediu B solutia a carei concentratie vrem sa o cunoastem, se determina valoarea unghiului limita si din relatia lui Snell rezulta valoarea indicelui de refractie pentru solutia analizata.

 Un refractometrul include, in general,  urmatoarele subamsamble :

• - sursa de lumina LED
• - lentilele de focalizare
• - lentilele de intrare
• - prisma de masura
• - lentilele de iesire
• - detectorul de imagine CCD

   Daca un fascicul de lumina continind raze cu unghiuri de incidenta diferite intilneste suprafata de separare A/B (prisma/produs) vom observa ca razele cu unghiuri de incidenta mai mici decit unghiul critic vor fi refractate in timp ce razele cu unghiuri de incidenta mai mari decit unghiul critic vor fi reflectate. Acest fenomen este folosit pentru a determina indicele de refractie al unor solutii ce contin substante dizolvate, unghi ce depinde de concentatia acestora.

   Considerind cunoscuta valoarea indicelui de refractie nDA al mediului A - prisma de masura, se poate masura printr-un sistem electrono-optic valoarea unghiului critic si utilizind formula unghiului critic prezentata anterior se determina indicele de refractie nDB al solutiei necunoscute.  

nDA = K,   nDB = K*sinaL  unde K este indicele cunoscut al prismei iar aL este unghiul critic masurat.

   Determinarea unghiului critic se face utilizind un detector CCD (Coupled Charged Display) de mare sensibilitate. Sursa de lumina emite un fascicul ce va fi prelucrat de un sistem de lentile si apoi va fi supus fenomenelor optice (refractie,reflexie) la zona de contact prisma/produs de analizat. Fasciculul de lumina va fi impartit in doua parti : o parte se refracta si se disipa in  produsul de analizat iar o parte se reflecta  si se transmite catre detectorul CCD. Practic fasciculul de lumina se divizeaza intr-o zona luminoasa si o zona intunecoasa, granita de separare intre cele doua zone fiind determinata de unghiul critic. Prin analiza modului in care senzorul optic DDC este iluminat de catre partea reflectata a fascicului luminos si avind in considerare ca acesta are 2048 pixeli se poate determina cu precizie valoarea unghiului critic si implicit a indicelui de refractie al produsului analizat. Cunoscind indicele  de refractie se poate calcula concentratia de substanta din solutia supusa analizei.

   Toate calculele, transformarile si determinarile se fac sub controlul unui microprocesor inclus.

In plus tinind cont de faptul ca valoarea indicelui de refractie este influentata de temperatura solutiei de masurat si de tempetratura prismei,  microprocesorul, preluind informatiile de la senzorii de temperatura, permite compensarea cu temperatura a indicelui de refractie masurat.

   Valorile calculate sunt afisate pe un display cu cristale lichide si pot fi transmise la distanta analogic sau/si serial.

Refractometrul LR01 este un refractometru de laborator, cu microprocesor,  destinat masurarii rapide a concentratiei de substanta dizolvata. Este suficienta o picatura de minim 0,3 cm cubi pentru determinarea valorii indicelui de refractie si implicit a valorii cocentratiei.

    Sistemul optic inclus, compus in principal dintr-o prisma de safir, o sursa de lumina LED si un senzor CCD, permite o rezolutie foarte mare si o repetabilitate deosebita.

   Un senzor de temperatura permite compensarea automata  cu temperatura a valorii masurate.

   Parametrii pot fi introdusi simplu de la tastatura iar valorile masurate se pot urmari pe un afisaj LCD cu 2x 16 caractere. Masuratoarea se poate face individual sau automat repetabil. 

   Refractometrul este prevazut cu interfete flexibile pentru conectarea la PC sau la imprimanta..

   Carcasa este din otel inox si este waterproof.

            Caracteristici tehnice :

• - precizie: ± 0,03 Brix [ 0,0004 nD ]
• - limite de masura :  0 la 95 Brix [ 1,3330.........1,5177 nD ]  
• - compensare cu temperatura (game Brix) : automat in gama 5.....45 °C
• - compensare cu temperatura (game utilizator) : 3 compensari diferite definite de utilizator
• - 10 scale de masura : Brix, nD, Brix utilizator, alte game utilizator
• - senzor temperatura : intern Pt 1000 ; intrare pentru senzor extern de temperatura.
• - sursa lumina: LED compensat electronuc ;
• - prisma de masura : safir sintetic ;
• - element de masura : senzor optic CCD
• - tastatura cu membrana polyester, waterproof
• - display : LCD, 2 x16 caractere
• - volum minim esantion de masura : min. 0,3 cc
• - iesire date : RS 232 pentru achizitie, diagnosticare si incarcarea / descarcarea tuturor parametrilor setati via PC ; port paralel Centronix conectare la imprimanta
• - intrari/ iesiri auxiliare: contacte intrare si iesire pentru START si STOP masuratoare
• - alimentare: alimentator extern 220Vca , 7VA
• - greutate: 4,8Kg     

   Operarea se face simplu si rapid utilizind tastatura inclusa si afisajul pe cristale lichide.

Se initializeaza si programeaza unitatile de masura, domeniul de valori al concentratiei, curba de compensare termica pentru gamele utilizator, modul de masura - individual sau repetat - automat. 

O parola impiedica accesul persoanelor neautorizate la utilizarea refractometrului.

Conectarea la un calculator PC se poate face pe interfata seriala RS 232.

Datele masurate pot fi imprimate utilizind o iesire paralela tip Centronics

Un conector auxiliar permite cuplarea unui senzor de temperatura extern Pt 1000 si conectarea semnalelor digitale, externe, de start si stop masurare in regimul repetabil automat.

Alimentarea se face de la un alimentator extern printr-o cupla dedicata.

   Aceste refractometre se folosesc de obicei pentru a masura cocentratia zaharului dizolvat in lichid, continutul de zahar sau indulcitori din bauturile racoritoare, concentatia de substante complementare pentru pasta de hirtie, concentratia de zahar si cafea din solutiile ce se folosesc drept umplutura pentru dulciuri, concentratia de acid sufuric pentru bateriile auto, concentratia din baile de tratare a fibrelor sintetice, concentratia de zahar la extractia maltului in fabricile de bere, etc.

   Aplicatiile generale vizeaza industria alimentara, textila, chimica, petrochimica.