Refraktometre

Refraktometre kırılma indisinin (refraktometri) ölçümü için laboratuvar ya da saha cihazıdır.  Kırılma indisi Snell's yasasından hesaplanır ve Gladstone–Dale bağıntısının kullanımıyla maddenin kompozisyonundan da hesaplanabilir. Bir refraktometre, bir ışık demetinin bir malzemeden diğerine geçerken bükülmesini ölçer; bu tür cihazlar, örneğin şeker çözeltilerinin bileşimini veya ketçaptaki domates salçası konsantrasyonunu belirlemek için kullanılır.

Refraktometre çeşitleri 

Temel olarak dört çeşit refraktometre bulunmaktadır: geleneksel el tipi refraktometreler, dijital el tipi refraktometreler, laboratuvar veya Abbe refraktometreler, ve proses hattı üzerinde kullanılan refraktometreler.  Ayrıca tipik olarak gazların kırılma indeksinin ölçümü için kullanılan Rayleigh Refraktometresi de bulunmaktadır.

Veterinerlikte, refraktometre kan örneği içerisinde toplam plazma proteininin ve üre özgül ağırlığının hesaplanması için kullanılmaktadır.

Uyuşturucu teşhisinde, refraktometre insan üresi içerisindeki özgül ağırlığı hesaplamak için kullanılmaktadır.

Gemolojide, refraktometre kırılma indisinin hesaplanması yoluyla kıymetli taşların saptanmasına yardımcı olmak için kullanılmaktadır. Değerli taşlar ışığı geçiren minerallerdir ve böylece optik yöntemlerle saptanabilmektedirler. Kırılma indisi bir bileşiğin kimyasal yapısına bağlı bir sabit olduğu için değerli taşların kalitesi ve tipi konusunda bilgi sağlamaktadır. Özel değerli taş refraktometresi ile sınıflandırma, taşın orijinalliğinin ve kalitesinin belirlenmesi için uygulanması kolay bir yöntemdir. Bu nedenle, değerli taş refraktometresi gemoloji laboratuvarlarınının basit bir ekipmanıdır. Kırılma indisi dağılımının kullanılan ışığın dalgaboyuna bağlılığı nedeniyle ölçüm genelde 589  nm sodyum-D (NaD) dalgaboyunda gerçekleştirilir. Bu dalgaboyu gün ışığından filtre edilir veya tek dalgaboyunda ışık saçan diyot (LED) tarafından üretilir. Yakut, safir, turmalin ve topaz gibi belirli taşlar optikçe anizotropiktir. Işığın polarizasyon düzlemine bağlı olarak çift kırılma gösterirler. Bu iki kırılma indisi polarizasyon filtresi kullanılarak sınıflandırılır. Değerli taş refraktometreleri hem klasik optik cihaz hem de dijital ekranlı elektronik ölçüm aleti olabilmektedir.

Deniz akvaryumlarında refraktometre suyun tuzluluğunu ve özgül ağırlığını  hesaplamak için kullanılmaktadır.

Ev yapımı içkilerde refraktometre, alkole dönüşme ihtimali bulunan mayalanabilir şeker miktarının belirlenmesi için fermantasyon öncesinde özgül ağırlığın ölçülmesinde kullanılır.

Otomatik refraktometreler 

[[Dosya:Measuring Principle v2.png|küçükresim|Otomatik refraktometrenin şematik kurulumu:' LED ışık kaynağı, örnekle temas halindeki bir prizma yüzeyinin üzerinde geniş aralıklı açılar ile gösterilmiştir. Prizma materyali ile örnek arasındaki kırılma indisi farklılığına bağlı olarak ışık kısmen örnek içinden geçer ya da tamamı yansır. Toplam yansımanın sınır açısı, geliş açısının bir fonksiyonu olarak yansıyan ışın yoğunluğunun ölçülmesiyle belirlenir. Resim şu kaynaktan alınmıştır: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com]]

Otomatik refraktometreler örneğin kırılma indisini otomatik olarak ölçer. Bir örneğin kırılma indisinin otomatik hesaplanması, toplam yansımanın kritik (sınır) açısının belirlenmesine dayanır. Bir ışık kaynağı, genelde uzun ömürlü LED, bir lens sistemi yoluyla bir prizma yüzeyine odaklanır. Girişim filtresi sayesinde özel dalgaboyu sağlanır. Işığın prizma yüzeyinde bir noktaya odaklanmasıyla farklı açıların geniş aralığı engellemiş olur. Resimde "Otomatik refraktometrenin şematik kurulumu"'' görüldüğü gibi ölçülen örnek ölçüm prizması ile doğrudan temas halindedir. Kırılma indisine bağlı olarak büyük açılar ile gelen ışının tamamı yansırken sınır açısından daha düşük bir açıyla gelen ışının bir kısmı örnek içerisinden geçer. Geliş açısına bağlı olarak kırılan ışığın yoğunluğu yüksek çözünürlüklü sensör dizisi tarafından ölçülür. Örneğin kırılma indisi, CCD sensör ile elde edilen video sinyali tarafından hesaplanır. Toplam yansımanın açısının belirlendiği bu yöntem, örneğin özelliklerine bağlı değildir. Bu yöntemle optikçe kuvvetli absorplanan örneklerin ya da hava kabarcığı veya katı parçacık içeren örneklerin kırılma indisini de ölçmek mümkündür. Ayrıca, sadece mikrolitre bazında örnek hacmi yeterlidir ve örnek geri kazanılabilir. Kırılma açısının bu yöntemle belirlenmesi, titreşimden ve diğer çevresel parazitlerden etkilenmez.

Dalgaboyunun etkisi 

Belirli bir örneğin kırılma indisi, neredeyse tüm malzemelerde tüm dalgaboylarında çeşitlilik gösterir. Bu dağılım ilişkisi her malzeme için karakteristiktir. Görünür dalgaboyu aralığında kırılma indisinin azalması ve neredeyse hiç absorpsiyon olmaması gözlenebilir. Infrared (kızılötesi) dalgaboyu aralığında birçok absorpsiyon maksimumu ve kırılma indisinde dalgalanmalar gözlenir. Kırılma indisinde 0.00002’ ye varan doğrulukla yüksek kaliteli bir ölçüm için dalgaboyunun doğru şekilde belirlenmesi gerekmektedir. Bu nedenle, modern refraktometrelerde farklı dağılımlardaki örnekler için doğru sonuçları elde etmek amacıyla dalgaboyu +/-0.2 nm’ lik dalgaboyu genişliğine ayarlanır.

Sıcaklığın etkisi 

Sıcaklık kırılma indisi ölçümünde oldukça önemli bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, prizmanın ve örneğin sıcaklığının hassas olarak kontrol edilmelidir. Sıcaklığı kontrol etmek için birçok farklı tasarım bulunmaktadır fakat örneğin ve prizmanın sıcaklığını kontrol etmek için Peltier cihazlar ve yüksek hassasiyette sıcaklık sensörleri gibi genel bazı anahtar faktörler bulunmaktadır. Bu cihazların sıcaklık kontrol doğruluğu tasarlanmalıdır. Böylece örnek sıcaklığındaki çeşitlilik, belirlenen kırılma indisinde değişime neden olmayacak kadar az olacaktır.

Geçmişte harici su banyoları kullanılmaktaydı fakat artık bu banyolara ihtiyaç yoktur.

Otomatik refraktometrelerin genişletilmiş olanakları 

Otomatik refraktometreler mikroişlemci kontrollü elektronik cihazlardır. Bunun anlamı, bu cihazların yüksek derecede otomasyona sahip olmaları ve diğer ölçüm cihazları ile kombine edilebilmeleridir.

Akış hücreleri  
Mikrolitre hacminde akış hücresinden iki ölçüm arasında prizmanın temizlenmesinin gerekmediği hızlı örnek değişimi için doldurma hunili örnek hücrelerine kadar değişik aralıkta birçok farklı tipte örnek hücresi bulunmaktadır. Aynı zamanda, örnek hücreleri zehirli ve toksik örneklere minimum maruziyet için de kullanılabilir. Mikro hücreler sadece mikrolitre hacminde örnekler gerektirir, pahalı örneklerin geri kazanımını garantiler ve uçucu örnekler veya çözücülerin buharlaşmasını engeller. Aynı zamanda, oomatik sistemlerde refraktometre prizmasının üzerinde örneğin otomatik olarak doldurulması için de kullanılabilmektedirler. Huni vasıtasıyla örneğin uygun şekilde doldurulması için doldurma hunili akış hücreleri mevcuttur. Bu hücreler kalite kontrol uygulamalarında hızlı örnek değişimi için kullanılmaktadır.

Otomatik örnek besleme 

Otomatik refraktometre akış hücresiyle donatılsa da örnek bir şırınga ya da peristaltik pompa ile de doldurulabilir. Modern refraktometreler dahili peristaltik pompa seçeneğine sahiptir. Bu pompa, cihazın yazılım menüsü yoluyla kontrol edilir. Peristaltik pompa laboratuvarda kesikli işlemlerin görüntülenmesi için kolaylık sağlar veya kullanıcı etkisi olmaksızın bir örneğin çoklu ölçülmesini gerçekleştirir. Bu da ölçümdeki insan hatasını ortadan kaldırır ve yüksek örnek verimliliği sağlar.
Birçok sayıda örneğin otomatik ölçümü gerekliyse modern otomatik refraktometreler, otomatik örnek değiştiriciler ile kombine edilebilir. Örnek değiştirici refraktometre tarafından kontrol edilir ve örnek değiştiricinin içindeki viyallarin içinde örneklerin otomatik ölçümünü sağlar.

Çok parametreli ölçümler  

Günümüzde laboratuvarlar yeterli kalite kontrolün sağlanması için örneklerin sadece kırılma indisinin ölçümünü değil bunun yanı sıra yoğunluk veya viskozite gibi ek parametrelerin de ölçümünü talep etmektedir. Mikroişlemcili kontrol ve birçok arayüz sayesinde bir veritabanı içerisinde kırılma indisi ve yoğunluk verisinin (ve diğer parametrelerin) depolanması için otomatik refraktometreler, bilgisayarlar veya yoğunluk ölçer, pH metre ya da viskometre gibi diğer ölçüm cihazları ile iletişim kurabilmektedir.

Yazılım özellikleri 
Otomatik refraktometreler kırılma indisinin ölçümünün yanı sıra aşağıda sıralanan birçok ek yazılım özelliğini sağlamaktadır: 
 Yazılım menüsü ile cihaz ayarlarının ve konfigürasyonun yapılabilmesi 
 Veritabanı içinde otomatik veri kaydı
 Kullanıcı tarafından konfigüre edilebilen veri çıkışı 
 Ölçüm verilerinin Mirosoft Excel formatında aktarımı 
 İstatistiksel fonksiyonlar
 Birçok farklı uygulma için önceden tanımlanmış yöntemler 
 Otomatik denetleme ve ayar 
 Prizma içerisinde uygun miktarda öenek olup olmadığının kontrolü 
 Makul sonuçların belirlenerek veri kaydının yapılması

İlaç dokümantasyonu ve validasyonu 

Refraktometreler, eczacılık uygulamalarında hammaddelerin ve son ürünlerin kalite kontrolü için sıklıkla kullanılmaktadır. İlaç üreticileri, birçok dokümantasyon gerektiren FDA 21 CFR Part 11, GMP, Gamp 5, USP<1058> gibi uluslararası yönetmelikleri takip etmek zorundadır. Otomatik refraktometre üreticileri kullanıcılara, kullanıcı seviyeleri, elektronik imza ve denetim takibi ile 21 CFR Part 11 gereklilikleri donatımlı cihaz yazılımı sağlamaktadır. Ayrıca, İlaç Dokümantasyon ve Doğrulama Paketleri şu maddeleri de içermektedir:

 Yeterlilik Planı (QP)
 Tasarım Yeterliliği (DQ)
 Risk Analizi
 Kurulum Yeterliliği (IQ)
 Operasyonel Yeterlilik (OQ)
 Kontrol Listesi 21 CFR Part 11 / SOP
 Performans Yeterliliği (PQ)

En yaygın kullanılan ölçüm skalaları 

 Brix
 Öksele skalası
 Plato skalası
 Baumé skalası

Ayrıca bakınız 

 Ernst Abbe
 Refraktif indeks
 Gemoloji
 Şarap yapımı
 Hasat (şarap)
 Ağırlık (bira)
 Yüksek Fruktozlu Mısır Şurubu
 Kesme sıvıları
 Yüksek refraktif indeksli polimerler

İlave okunabilecek sayfalar

Diğer linkler 
Refractometer – Gemstone Buzz uses, procedure & limitations.
Rayleigh Refractometer: Operational Principles
Refractometers and refractometry explains how refractometers work.
Refractometer products and functions

 
Ölçü aletleri
Optik aletler
Arıcılık aletleri
Gıda bilimi