折射率与折射仪的工作原理

发布于 2017-06-09 19:06

折射仪是一种光学装置,可用来测量物质的折射度(通常为流体物质),并透过换算,可得到比重、糖度 (Brix,白利糖度)的资讯。

当电磁波(包含可见光)通过两种不同介质之间,会因为其速度的改变,造成光线行进偏移,而产生一个角度,这种现象,被称为“折射” (Refraction)。而“屈折”,专指可见光的折射,所以折射仪通常被称为屈折度计屈折计 (偶而也被误植为曲折计或曲折度计)。

这也是为何筷子插入水杯时,肉眼会看到筷子被折屈。这是因为光线从水中的筷子表面反射进入空气中以后,改变了方向的缘故。眼睛看到的光线,让大脑误以为水面下的筷子,是在眼睛直线方向的位置。

筷子在水中的折射现象

此外,各种特定单一波长的光线所产生的折射率 (n) 也不尽相同。目前通用的标准折射率,单位是以 nD 表示,它是以钠灯所产生的双波长光线 (588.995 nm  与 589.592 nm)取两波长的中间值,也就是589.3nm,来定义折射率的绝对测量结果。早期也有用红色氢气灯 (656.2725nm, 单位 nC),蓝色氢气灯 (486.1327nm,单位 nF),来表示某物质的折射率。目前市面上的仪器,都是以 nD 为单位。新型的折射仪,更将灯源改为 LED,不但波长特性更稳定,灯源寿命也比钠灯长得多,仪器更容易维护。目前已经逐渐取代传统常需要定时校正的钠灯源

另外一种会影响折射率的变因,是溶液的比重 (Specific Gravity),亦称为质量百分比。举例来说,不同比重浓度的蔗糖水,会有不一样的折射率。因此,根据已知蔗糖比重的蔗糖水与折射率之间的关系,便能由溶液的折射率,反推溶液中的蔗糖比重,进而测量出样品的糖度。通常,我们会以 Brix,白利糖度百分比,来表示样品的糖份。也就是在 20°C 的温度下,每100克水溶液中,有多少克的蔗糖?除了 Brix 之外,亦有用 Plato 柏拉图当作糖分计量单位,常见于啤酒业用来表示黑麦汁的糖份。因此,折射仪,也常被称为糖度计糖份计糖度仪

屈折度计发展至今,经过不断改善,测量的速度、精度、仪器的稳定度、寿命,都已经获得大幅改善,至今已经成为许多研究、品管,所不可或缺的仪器。新型的数位式折射仪,更采用全反射的测量方式,利用折射率与全反射角度呈正比的特性,来测量出样品的折射率。相较于传统 ABBE 阿贝式屈折度计,由于全反射屈折度计不需要让光线穿透样品到另外一边再量测,因此对于不太透光、高黏稠度、或深色的样品,新型的数位式折射仪,一样能够胜任。

Types of Refractometer

传统 ABBE 与 全反射式屈折度计的比较

势动科技代理来自德国 A.KRUSS 的高品质屈折度计,在德国精密机构与光学设计下,这一系列的折射仪,不但精准,更是耐用。屈折度计常见的问题,便是光学镜片接缝处漏液,这种现象在德国工艺之下,是很难发生的现象,对于酸碱溶液,也无需特别照顾,滴上蓝宝石光学窗,数秒内便完成测试,擦拭一下便能进行下次量测。加上目前原厂在价格上,回馈给全球客户客户,您能以最佳的性价比,购得一部来自德国的精密仪器。详情请浏览势动科技折射仪产品网页,并连络势动科技

A.Kruss DR6000 Refractometer

不太透光又黏稠的的深色食用色素食用香料,一样能够精准测量糖度

台湾一直是全球重要的水果产地,食品业也是非常重要的产业,折射仪在这些产业以及相关研究领域的使用,已经行之有年。拿来测量果汁、果冻、食品添加剂、食用色素、食用香料的糖份。近年来,由于酿酒独卖事业的开放,折射仪也是酿酒产业不可或缺的仪器之一。无论是葡萄酒 (红酒、白酒),或者自酿啤酒,要得知原料或成品的品质,有两个数据是依定要知道的,一是 OG 值 (酿造前原始比重),一是 FG 值 (酿造后最后比重)。关于白利糖度 (Brix)、柏拉图糖度 (Plato)、比重 (SG, Specific Gravity) 三者间的关系,可由下表得知:

 

换算表