굴절계

Refractometer
핸드헬드 굴절계

굴절계는 굴절률(회절률) 측정을 위한 실험실 또는 현장 장치다. 굴절 지수는 스넬의 법칙을 이용하여 관찰된 굴절 각도에서 계산한다. 혼합물의 경우 굴절 지수는 글래드스톤-데일 관계 및 로렌츠–과 같은 혼합 규칙을 사용하여 농도를 결정할 수 있다.로렌츠 방정식.

굴절도법

표준 굴절계는 액체 또는 고체 상태의 투명한 물질의 광 굴절 범위(굴절률의 일부로서)를 측정한다. 그런 다음, 액체 샘플을 식별하고, 시료의 순도를 분석하고, 시료 내에서 용해된 물질의 양이나 농도를 결정하는 데 사용된다. 빛이 공기로부터 액체를 통과하면 속도가 느려져 '벤딩' 착각을 일으키게 되며, '벤드'의 강도는 액체에 녹아 있는 물질의 양에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 물 한 잔에 든 설탕의 양.[1]

굴절계 종류

굴절계에는 전통적인 핸드헬드 굴절계, 디지털 핸드헬드 굴절계, 실험실 또는 Abbe 굴절계(계기 발명자의 이름을 따서 '임계각'의 원래 설계에 기초함)와 인라인 공정 굴절계 등 4가지 주요 유형이 있다.[2] 기체의 굴절률을 측정하는 데 사용되는 레일리 굴절계(일반적으로)도 있다.

실험실 의학에서는 혈액 샘플의 총 혈장 단백질과 소변 샘플의 소변 특이 중력을 측정하는 데 굴절계를 사용한다.

약물 진단에서, 굴절계는 인간의 소변의 특정한 중력을 측정하기 위해 사용된다.

보석류학에서, 원석 굴절계는 보석류 실험실에서 사용되는 기본적인 장비들 중 하나이다. 원석은 투명한 광물이기 때문에 광학 방법을 사용하여 검사할 수 있다. 굴절률은 물질의 화학적 성분에 따라 달라지는 물질 상수다. 굴절계는 원석의 종류를 결정하는 데 사용되는 주요 특성 중 하나인 굴절률을 측정하여 원석의 식별을 돕는 데 사용된다. 사용되는 빛의 파장에 대한 굴절률의 의존성(즉, 분산) 때문에, 측정은 보통 ~589 nm의 나트륨선 D라인(NaD)의 파장에서 이루어진다. 이것은 일광에서 걸러지거나 단색 발광 다이오드(LED)로 생성된다. 루비, 사파이어, 투르말린, 토파즈 같은 어떤 돌들은 광학적으로 비등방성적이다. 그들은 빛의 편광 평면을 바탕으로 양면성을 입증한다. 두 개의 서로 다른 굴절 지수는 편광 필터를 사용하여 분류된다. 원석 굴절계는 고전적인 광학 기기와 디지털 디스플레이가 있는 전자 측정 기기로 모두 사용할 수 있다.[3]

해양 수족관 유지에서는 물의 염도와 특정한 중력을 측정하기 위해 굴절계를 사용한다.

자동차 산업에서는 굴절계를 사용하여 냉각수 농도를 측정한다.

기계 산업에서는 가공 공정을 위해 수성 냉각제에 첨가된 냉각제 농축액의 양을 측정하기 위해 굴절계를 사용한다.

가정용 양조에서는 양조 굴절계를 사용하여 발효 전에 특정 중력을 측정하여 잠재적으로 알코올로 변환될 발효 당분의 양을 결정한다.

브릭스 굴절계는 종종 취미로 잼, 마멀레이드, 꿀을 포함한 보존제를 만드는 데 사용된다. 양봉에서는 브릭스 굴절계를 사용하여 꿀의 물의 양을 측정한다.

  • 바우쉬 & 롬 아브베 굴절계, ca. 1919-1926

  • 보석에서 광 벤딩을 테스트하는 데 사용되는 보석류 굴절계 ER604; A의 제공.KRUSS 옵트로닉 GmbH

  • 손 굴절계

  • 굴절계가 있는 와인 포도 재배기

  • 고양이 복부액에 대한 굴절계에 의한 고양이 감염성 복막염 밀도 평가

  • 자동 벤치탑 굴절계

자동 굴절계

자동 굴절계의 개략적인 설정: LED 광원은 샘플과 접촉하는 프리즘 표면에 다양한 각도로 이미징된다. 프리즘 재료와 샘플 사이의 굴절률의 차이에 따라 빛이 부분적으로 전달되거나 완전히 반사된다. 총 반사각의 임계 각도는 입사각의 함수로서 반사광 강도를 측정하여 결정한다 - 이미지의 출처: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com

자동 굴절계는 샘플의 굴절률을 자동으로 측정한다. 표본의 굴절률 자동 측정은 총반사의 임계각 결정에 기초한다. 광원, 대개 장수명 LED는 렌즈 시스템을 통해 프리즘 표면에 집중된다. 간섭 필터는 지정된 파장을 보장한다. 프리즘 표면의 한 지점에 빛을 집중시키기 때문에, 다양한 각도의 넓은 범위가 커버된다. 그림 "자동 굴절계의 계획적 설정"에 나타난 바와 같이, 측정된 샘플은 측정 프리즘과 직접 접촉한다. 굴절률에 따라, 총 반사 임계 각도 이하의 들어오는 빛은 부분적으로 표본으로 전달되는 반면, 발생 각도가 높은 경우에는 빛이 완전히 반사된다. 입사각에서 반사된 빛의 강도에 대한 이러한 의존성은 고해상도 센서 어레이로 측정된다. CCD 센서로 찍은 비디오 신호로부터 샘플의 굴절률을 계산할 수 있다. 이 총 반사각 검출 방법은 표본 속성에 대해 독립적이다. 심지어 기포나 고체 입자를 함유한 광학적으로 강하게 흡수하는 표본이나 표본의 굴절률을 측정하는 것도 가능하다. 게다가, 몇 개의 마이크로리터만 필요하며, 샘플은 회수할 수 있다. 굴절 각도의 이러한 결정은 진동 및 기타 환경 장애와는 무관하다.

파장의 영향

주어진 표본의 굴절률은 모든 재료의 파장에 따라 다르다. 이 분산관계는 비선형적이며 모든 재료에 대해 특성이 있다. 가시범위에서 굴절률의 감소는 파장 증가와 함께 나타난다. 유리 프리즘에서는 거의 흡수가 관찰되지 않는다. 적외선 파장 범위에서 몇 가지 흡수 최대값과 굴절률의 변동이 나타난다. 굴절률에서 최대 0.00002의 정확도로 고품질 측정을 보장하려면 파장을 정확하게 결정해야 한다. 따라서 현대의 굴절계에서는 파장을 +/-0.2nm의 대역폭으로 조정하여 다른 분산을 가진 샘플에 대해 정확한 결과를 보장한다.

최신 자동 굴절계 - 이미지 출처: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com

온도의 영향

온도는 굴절률 측정에 매우 중요한 영향을 미친다. 따라서 프리즘의 온도와 표본의 온도는 높은 정밀도로 조절해야 한다. 온도 조절을 위한 몇 가지 미묘하게 다른 설계가 있지만, 표본과 프리즘의 온도를 조절하는 고정밀 온도 센서와 펠티에 장치 등 모두에게 공통적인 몇 가지 주요 요인이 있다. 이러한 장치의 온도 제어는 검체 온도의 변화가 감지 가능한 굴절 지수 변화를 일으키지 않을 정도로 작도록 설계해야 한다.

외부 물 욕조는 과거에 사용되었지만 더 이상 필요하지 않다.

자동 굴절계의 확장 가능성

자동 굴절계는 마이크로프로세서 제어 전자 장치다. 즉, 높은 수준의 자동화를 가질 수 있으며 다른 측정 장치와 결합할 수도 있다.

플로우 셀

몇 개의 마이크로리터를 위한 플로우 셀부터 그 사이에 측정 프리즘을 청소하지 않고 빠른 샘플 교환을 위한 필링 깔때기가 있는 샘플 셀까지 다양한 종류의 샘플 셀이 있다. 또한 표본 셀은 표본에 대한 최소 노출로 독성 및 독성 표본의 측정에 사용될 수 있다. 마이크로 셀은 단지 몇 개의 마이크로리터 부피만 필요로 하고, 값비싼 샘플의 좋은 회수를 보장하며, 휘발성 샘플이나 용제의 증발을 방지한다. 그것들은 또한 굴절계 프리즘에 샘플을 자동 채우기 위한 자동 시스템에 사용될 수 있다. 깔때기를 통한 샘플 충전을 편리하게 하기 위해 충전 깔때기가 있는 플로우 셀을 이용할 수 있다. 이것들은 품질관리 애플리케이션에서 빠른 샘플 교환에 사용된다.

자동 검체 공급

다수의 샘플 자동 측정을 위한 샘플 교환기가 있는 자동 굴절계 - 영상 소스: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com

일단 자동 굴절계에 플로우 셀이 장착되면, 샘플은 주사기를 사용하거나 근위축 펌프를 사용하여 채울 수 있다. 현대의 굴절계에는 내장형 근위축 펌프의 옵션이 있다. 이는 계측기의 소프트웨어 메뉴를 통해 제어된다. 근위축 펌프는 실험실의 배치 프로세스를 모니터하거나 사용자 상호작용 없이 하나의 표본에 대해 다중 측정을 수행할 수 있는 방법을 연다. 이것은 인간의 실수를 없애고 높은 샘플 처리량을 보장한다.

다수의 시료에 대한 자동 측정이 필요할 경우, 현대적인 자동 굴절계를 자동 시료 교환기와 결합할 수 있다. 샘플 교환기는 굴절계에 의해 제어되며, 측정을 위해 샘플 교환기의 바이알에 배치된 샘플의 완전한 자동 측정을 보장한다.

다중 파라미터 측정

향료 및 향료 산업에서 널리 사용되는 자동 굴절계와 밀도계의 조합 측정 - 이미지 출처: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com

오늘날의 실험실은 표본의 굴절률뿐만 아니라 효율적인 품질관리를 수행하기 위해 밀도나 점도와 같은 몇 가지 추가 매개변수를 측정하고자 한다. 마이크로프로세서 제어와 다수의 인터페이스로 인해, 자동 굴절계는 컴퓨터나 다른 측정 장치(예: 밀도 미터, pH 미터 또는 점도 미터)와 통신하여 굴절률 데이터와 밀도 데이터(및 기타 파라미터)를 하나의 데이터베이스에 저장할 수 있다.

소프트웨어 기능

자동 굴절계는 굴절률을 측정할 뿐만 아니라 다음과 같은 많은 소프트웨어 기능을 추가로 제공한다.

  • 소프트웨어 메뉴를 통한 계측기 설정 및 구성
  • 데이터베이스에 자동 데이터 기록
  • 사용자가 구성할 수 있는 데이터 출력
  • 측정 데이터를 Microsoft Excel 데이터 시트로 내보내기
  • 통계함수
  • 다양한 종류의 응용 프로그램에 대한 미리 정의된 방법
  • 자동 점검 및 조정
  • 프리즘에 충분한 양의 샘플이 있는지 확인
  • 결과를 신뢰할 수 있는 경우에만 데이터 기록

의약품 문서화 및 검증

중간 및 최종 원제품의 품질관리를 위한 제약 용도에 굴절계가 자주 사용된다. 제약회사들은 많은 문서 작업이 필요한 FDA 21 CFR Part 11, GMP, Gamp 5, USP<1058>와 같은 몇 가지 국제 규정을 따라야 한다. 자동 굴절계 제조자는 계측기 소프트웨어를 제공하는 이러한 사용자를 지원하며 사용자 레벨, 전자 서명 및 감사 추적과 함께 21 CFR Part 11의 요건을 충족한다. 또한, 의약품 검증 및 자격 검증 패키지는 다음을 포함하여 이용할 수 있다.

  • 자격심사계획(QP)
  • 설계 자격(DQ)
  • 리스크 분석
  • 설치 자격(IQ)
  • 운영 자격(OQ)
  • 목록 21 CFR Part 11 / SOP 확인
  • 성능 검증(PQ)

일반적으로 사용되는 척도

참고 항목

참조

  1. ^ "The Measurement Shop's Guide to Refractometers - Measurement Shop UK". www.measurementshop.co.uk. Retrieved 2018-10-15.
  2. ^ "Brief history of refractometers". www.refractometer.pl. Retrieved 2018-10-15.
  3. ^ A의 제품 페이지KRUSS 옵트로닉 GmbH(2013년 3월 13일 읽기)

추가 읽기

외부 링크