Daleda Arafa
الريفراكتومترات هي أجهزة تستخدم لقياس تركيز المواد الصلبة الذائبة في المحاليل السكرية والعصائر والمربيات بشكل دقيق بالاعتماد على مبدأ انكسار الضوء.
مبدأ عمل الريفراكتومترات
يعتمد عمل الريفراكتومترات على قوانين الانكسار الطبيعية للضوء على أساس أنه إذا مرّ شعاع ضوئي خلال وسطين مختلفي الكثافة فإن هذا الشعاع يعاني انكساراً ويختلف باختلاف كثافة الوسطين وعلى هذا الأساس نجد أنّه:
إذا مر شعاع ضوئي من وسط أكبر في الكثافة الضوئية إلى وسط آخر أقل في الكثافة الضوئية فإنّ زاوية السقوط تكون أقل من زاوية الانكسار وعند مرور الشعاع الضوئي من وسط قليل الكثافة إلى وسط مرتفع الكثافة فإنّ زاوية الورود تكون أكبر من زاوية الانكسار وكلما زاد الفرق في الكثافة بين المحلولين تزداد زاوية الانكسار.
أي كلما زادت زاوية الورود زادت زاوية الانكسار وهنا ينطبق الشعاع المنكسر على سطح الانفصال ويسمى الشعاع الضوئي الساقط في هذه الحالة باسم الشعاع الحرج وزاوية السقوط باسم الزاوية الحرجة.
أي أنّ الزاوية الحرجة هي عبارة عن زاوية الورود التي يقابلها زاوية انكسار مقدارها (90°) وفي حال زيادة زاوية الورود عن ذلك.
ولنفس الوسط ينتج عن ذلك ارتداد الضوء لنفس الجهة الواردة منها وهنا تظهر المنطقة المظلمة في مساحة بعض الريفراكتومترات.
وعلى ذلك فإنّ أجهزة الريفراكتومترات المستخدمة في التصنيع الغذائي تعتمد على قياس الزاوية الحرجة للضوء بزاوية حادة على السطح الأمامي للموشور.
وينتج لدينا نوعين من الأشعة:
- أشعة تسقط بزاوية سقوط أقل من الزاوية الحرجة وهذه تنكسر وتعطي المنطقة المضيئة.
- أشعة تسقط بزاوية سقوط مساوية أو أكبر من الزاوية الحرجة وهذه تعطي المنطقة المظلمة.
وقيمة الثابت تتغير على حسب نوع المحلول المستخدم.
وتصمم الريفراكتومترات بحيث تكون كل هذه المعاملات والقوانين محسوبة وتعطي فوراً تركيز المواد الصلبة الذائبة على مسطرة مدرجة ويجب إجراء التصحيح الحراري عند الاختلاف في درجات الحرارة من جداول خاصة.
أنواع الريفراكتومترات
منها ما يقيس معامل الانكسار فقط وأخرى يقيس النسبة المئوية للمواد الصلبة الذائبة ومعامل الانكسار ومنها ما يقيس المواد الصلبة الذائبة فقط.
الريفراكتومتر اليدوي
يمتاز بخفة وزنه ودقة قرائته ورخص ثمنه ويستعمل في الحقول وعلى خطوط الإنتاج في المصانع ويستخدم لقياس تركيز المواد الصلبة الذائبة.
تركيب الريفراكتومتر اليدوي
- موشوران زجاجيان السفلي ثابت والعلوي متحرك توضع بينهما العينة.
- عدسة عينية يمكن بها تحديد المنطقة المظلمة والمنطقة المضيئة ويظهر بها تدريج رأسي يعطي تركيز المواد الصلبة الذائبة الكلية مباشرة.
الريفراكتومتر الكهربائي
يعد الريفراكتومتر الكهربائي من أكثر الأنواع انتشاراً ويعطي مجالاً واسعاً لقياس المواد الصلبة الذائبة ومعامل الانكسار وبدقة عالية جداً ويمكن ربطه بحمام مائي للقياس عند درجات مختلفة دون الحاجة ﻹجراء التصحيح الحراري.
تركيب الريفراكتومتر الكهربائي
يتألف الجهاز من الأجزاء التالية:
- موشوران زجاجيان العلوي متحرك والسفلي ثابت وتوضع العينة بينهما.
- عدسة عينية بها خطين متعامدين يمكن بهما تحديد الحد الفاصل بين المنطقة المضيئة والمظلمة.
- تدريج أفقي مقسم إذ يعطي معامل الانكسار للعينة مباشرة منسوباً للهواء ويقابل هذا التدريج تدريج آخر للمواد الصلبة الذائبة الكلية وتحدد القراءة بواسطة خط رأسي متعامد مع التدريج.
- وفي بعض الأجهزة الحديثة الرقمية يوجد خطان متعامدان يتم ضبطهما على الخط الفاصل بين المنطقة المضيئة والمظلمة وعندها يتم أخد القراءة الرقمية من على الجهاز.
- يزود أحياناً الجهاز بفتحتين لدخول وخروج الماء لضبط درجة الحرارة حول الموشورين أثناء عملية القياس.
استخدامات الريفراكتومترات
- تقدير المواد الصلبة الذائبة الكلية في المحاليل السكرية وعصائر الفاكهة والخضراوات والمربيات.
- يمكن معرفة غش بعض المواد الغذائية مثل الزيوت والدهون لأنه من المعروف أنّ لكل مادة معامل انكسار ثابت لا يتغير إلا إذا حدث تغيير في خواص المادة الطبيعية أو الكيميائية ويدل هذا التغير على غش هذه المادة بمادة أخرى.
- يمكن استخدام معامل الانكسار لتتبع عملية الهدرجة للزيوت والدهون الغذائية لإنتاج السمنة وهناك علاقة بين معامل الانكسار والرقم اليودي في جداول خاصة ومن معرفة معامل الانكسار يمكن حساب الرقم اليودي وعلى هذا يمكن التحكم في قيمة الهيدروجين المضاف للزيوت في عملية الهدرجة.
- يمكن بواسطة معامل الانكسار تقدير النسبة المئوية للمواد الصلبة الكلية لبعض الصناعات الغذائية مثل رب البندورة عن طريق معادلات خاصة أو من جداول خاصة.
ويجب ملاحظة أنّ هذه الأجهزة مدرجة على درجة حرارة 20°م وإنّ معامل الانكسار يقل بارتفاع درجة الحرارة ويزيد بانخفاضها وعلى هذا يجب معرفة درجة حرارة العينة المراد تعيين معامل انكسارها وقت التجربة ثم تصحح القراءة من جداول خاصة مرفقة مع الجهاز.
