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

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).

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، به وسیله 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 اندازه گیری غلظت نمک طعام در حوضچه های پرورش ماهی مورد استفاده قرار می گیرد. 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 مهم ترین 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 محلول های 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.

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 ۹۰شود.

رابطه بین ضریب شکست و غلظت تا حدود ۲ ۱۰ یک رابطه خطی است که بر اساس همان می توان با تایید ضریب شکست یک محلول غلظت آن را با استفاده از نمودار خطی در فاصله حدود ۲ ۱۰ مولار بدست آورد.

ساختار رفرکتومتر

دستگاه رفرکتومتر از اجزاء و قسمت های زیر تشکیل شده است:

۱) 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.

۲) دو لنز که یکی لنز تصویر و دیگری لنز n (ضریب شکست) است.

۳) ترمومتر: جهت تنظیم و گزارش دما

۴) پیچ هایی جهت تنظیم تصویر

طراحی اولین نمونه از این دستگاه در اواخر دهه ۱۸۰۰ 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 دستگاه ها 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 (۳۳۲۵/۱ = n) استفاده می کنیم. در برخی رفرکتومترها نور از بین لایه نازکی از نمونه مایع عبور می کند.

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 می شود 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 می شود.

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 آن را با پنبه جدید و الکل شستشو دهید.