Khúc xạ kế là gì? Cấu tạo, nguyên lý, phân loại và ứng dụng

Khúc xạ kế là một thiết bị quan trọng để đo đạc chính xác nồng độ của các chất hòa tan trong nước hay dung dịch. Thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề, lính vực khác nhau. Vậy khúc xạ kế là gì, thiết bị này có cấu tạo và nguyên lý hoạt động thế nào? Cùng tìm hiểu chi tiết qua bài viết sau của THB Việt Nam.

Khúc xạ kế là gì?

Khúc xạ kế là một thiết bị được sử dụng để đo lường độ khúc xạ của một mẫu chất lỏng hoặc chất rắn. Từ đo, thiết bị có thể đo lường nồng độ của các chất hòa tan trong nước hoặc dung dịch bằng cách sử dụng nguyên lý của sự thay đổi trong chỉ số khúc xạ của mẫu. 

Khúc xạ kế có khả năng đo chính xác cao, hiển thị cụ thể về nồng độ đo được. Đây là một dạng máy kiểm tra nước thường được thiết kế kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ, giúp người sử dụng dễ dàng cầm nắm và mang theo khi di chuyển.

Cấu tạo khúc xạ kế

Cấu tạo của khúc xạ kế phụ thuộc vào dang đo cơ hay điện tử của chúng. Cụ thể:

Cấu tạo khúc xạ kế cơ: Cấu tạo của khúc xạ kế cơ đơn giản hơn so với dạng điện tử. Khúc xạ kế cơ có kết cấu nguyên khối hình trụ bao gồm các bộ phận lăng kính, thị kính, tấm chắn sáng, vị trí hiệu chuẩn, chỉnh tiêu cự...

Cấu tạo khúc xạ kế điện tử: Khúc xạ kế điện tử được cấu tạo từ các bộ phận chính như: cảm biến, mạch điện tử, màn hình LCD, các nút điều khiển, bộ phận đựng mẫu. 

Nguyên lý hoạt động của khúc xạ kế

Khúc xạ kế hoạt động thông qua sự tương tác của ánh sáng với mẫu nước hoặc dung dịch. Điều này dựa trên nguyên lý cơ bản của định luật Snell, một nguyên lý quan trọng trong vật lý quang học, mô tả cách ánh sáng bị khúc xạ khi đi qua biên giới giữa hai chất có chỉ số khúc xạ khác nhau.

Mỗi chất hòa tan, tùy thuộc vào khối lượng và nồng độ của nó, sẽ tương tác khác biệt với ánh sáng. Dựa trên sự thay đổi này, các thiết bị khúc xạ kế đo lường cách ánh sáng tương tác với mẫu nước hoặc dung dịch, sau đó áp dụng công thức của định luật Snell để tính toán và xác định nồng độ của các chất hòa tan trong mẫu.

Công thức tính đặc trưng của hiện tượng khúc xạ: n1​*sin(θ1​)=n2​*sin(θ2​)

• n1​ và n2 là chỉ số khúc xạ của hai chất tương ứng.
• θ1​​ và θ2​ là góc nghiêng của tia ánh sáng đối với pháp tuyến của biên giới giữa hai chất.

Xem thêm: Top 6 máy đo độ mặn thực phẩm được ưa chuộng hiện nay

Khúc xạ kế có những loại nào?

Khúc xạ kế có đa dạng mẫu mã nên để phân loại rõ ràng ta cần dựa trên các đặc điểm sau:

Dựa trên theo thiết kế

Theo thiết kế của khúc xạ kế, ta có 3 loại chính là:

1. Khúc xạ kế dạng bút: Thiết bị có thiết kế nhỏ gọn và tiện lợi, giống như một cây bút, thích hợp cho việc di chuyển và sử dụng trên tầm tay. Thường có màn hình hiển thị kỹ thuật số hoặc thang đo để hiển thị kết quả đo.

2. Khúc xạ kế cầm tay: Có kích thước lớn hơn so với khúc xạ kế dạng bút, nhưng vẫn thuận tiện để cầm nắm, thích hợp cho việc sử dụng trên cả trong và ngoài phòng thí nghiệm. Thường có màn hình hiển thị lớn hơn và có thể đi kèm với các tính năng bổ sung như lưu trữ dữ liệu, hiệu chuẩn tự động và kết nối máy tính.

3. Khúc xạ kế để bàn: Thường có kích thước lớn hơn và được thiết kế để đặt trên bàn làm việc, cung cấp độ chính xác cao và thích hợp cho các ứng dụng nghiên cứu hoặc công nghiệp. Thường có màn hình hiển thị lớn và có thể có nhiều tính năng bổ sung như lưu trữ dữ liệu, hiệu chuẩn tự động và khả năng kết nối với các thiết bị ngoại vi khác.

Dựa trên cấu tạo

Dựa trên cấu tạo, ta có 2 loại chính là khúc xạ kế cơ và khúc xạ kế điện tử (kỹ thuật số). Về cấu tạo, điểm khác nhau của 2 loại khúc xạ kế này đã được trình bày như phần trên. Ngoài ra, có một số đánh giá khác về 2 loại thiết bị này như:

1. Khúc xạ kế cơ hay khúc xạ kế quang năng (quang học): hoạt động bằng cách hoàn toàn dựa trên nguyên lý khúc xạ ánh sáng vì vậy bạn có thể đọc kết quả thông qua thang chia độ bên trong khúc xạ kế. Thiết bị thường được thiết kế như dạng bút cầm tay và có giá thành rẻ hơn nhiều so với các dòng khúc xạ kế điện tử (kỹ thuật số).

2. Khúc xạ kế điện tử (kỹ thuật số): có cấu tạo phức tạp hơn, đặc biệt là có "phần máy" là các vi mạch điện tử giúp số hóa và tự động hóa các thao tác, tiên tiến hơn. Bộ mạch điện tử trong khúc xạ kế kỹ thuật số tự động hóa quá trình đo, xử lý và mã hóa thông tin thành con số cụ thể hiển thị trên màn hình LCD, giúp người dùng dễ dàng nắm bắt kết quả mà không cần thao tác thủ công như trước. Tuy nhiên, để hoạt động, các thiết bị này cần tiêu thụ điện năng.

Dựa trên chức năng đo

Dựa trên nhóm chức năng phục vụ, các loại khúc xạ kế có thể được phân thành 5 nhóm chính như sau:

1. Khúc xạ kế đo độ mặn: Thực hiện các phép đo để xác định nồng độ mặn trong các mẫu và thường được áp dụng trong sản xuất thủy sản, chế biến thực phẩm, nước mắm và các phụ gia thực phẩm.

2. Khúc xạ kế đo độ ngọt: Chuyên dùng để đo độ ngọt, % đường trong các mẫu như bánh kẹo, mứt, đồ uống và thực phẩm, thường sử dụng trong ngành sản xuất và chế biến thực phẩm.

3. Khúc xạ kế đo nồng độ cồn: Được sử dụng để đo và xác định nồng độ cồn trong các mẫu, phổ biến trong ngành công nghiệp sản xuất đồ uống như rượu, bia.

4. Khúc xạ kế đo nồng độ: Có thể xác định nồng độ hoặc tỷ trọng của một loại chất trong dung dịch mẫu, ví dụ như nồng độ sữa trong dung dịch sữa. Loại khúc xạ kế này được sử dụng trong ngành thực phẩm và đồ uống để kiểm tra chất lượng sản phẩm và đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn sản xuất.

5. Khúc xạ kế đo độ đóng băng: Xác định điểm nhiệt độ đóng băng của dung dịch bằng cách xác định nồng độ và mật độ của các thành phần trong dung dịch đó. Thiết bị thường được ứng dụng trong các quy trình công nghiệp như sản xuất hóa chất hoặc chế biến thực phẩm để kiểm soát quy trình và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Có thể bạn quan tâm: Cách đo độ mặn của nước chi tiết, chuẩn kỹ thuật

Ứng dụng của khúc xạ kế

Khúc xạ kế là một công cụ quan trọng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau với nhiều ứng dụng hữu ích:

Trong ngành sản xuất thực phẩm và đồ uống

Khúc xạ kế được sử dụng để kiểm tra nồng độ, độ ngọt, độ mặn, và các chỉ số chất lượng khác của thực phẩm và đồ uống trong quá trình sản xuất, giúp đảm bảo sự nhất quán và an toàn vệ sinh thực phẩm. Ví dụ như: kiểm tra độ ngọt của nước ngọt, đồ uống có gas; đo nồng độ đường trong mứt, kem, bánh kẹo và các sản phẩm thực phẩm khác; xác định nồng độ muối trong các sản phẩm thủy sản như cá hồi muối....

Trong y học và dược phẩm

Trong lĩnh vực y học, khúc xạ kế được sử dụng để đo nồng độ các chất trong máu, nước tiểu, và dung dịch sinh hóa khác, hỗ trợ cho việc chẩn đoán bệnh và điều trị. Trong ngành dược phẩm, chúng cũng được sử dụng để kiểm tra chất lượng và độ chính xác của các dược phẩm như các dung dịch tiêm chuyền, huyết thanh hay các dung dịch lọc máu…

Trong nông nghiệp và chăn nuôi

Khúc xạ kế được sử dụng để kiểm tra nồng độ các chất dinh dưỡng trong thức ăn chăn nuôi và đất trồng, giúp cải thiện sản xuất nông nghiệp và chăm sóc sức khỏe động vật. Máy có thể dùng để đo nồng độ dinh dưỡng trong thức ăn chăn nuôi như protein, chất béo, và carbohydrat.

Ngoài ra, có những loại khúc xạ kế dùng để kiểm tra nồng độ muối trong nước và thức ăn của cá trong ao nuôi. Hay đo nồng độ glucose trong máu của động vật như chó và mèo để chẩn đoán bệnh.

Công nghiệp hóa chất và môi trường 

Trong công nghiệp hóa chất, khúc xạ kế được sử dụng để kiểm tra nồng độ và chất lượng của các dung dịch hóa chất. Trong môi trường, chúng có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng nước và các dung dịch khác trong quá trình xử lý nước thải và giám sát môi trường.

Ngành công nghiệp hóa chất

Khúc xạ kế có thể được sử dụng để kiểm tra độ tinh khiết và nồng độ của các nguyên liệu đầu vào, cũng như để theo dõi các phản ứng trong quá trình sản xuất các dung môi hữu cơ, dung dịch muối, dầu công nghiệp, sơn, nhựa, thành phần keo, sillicon ... Điều này giúp đảm bảo rằng các quy trình sản xuất diễn ra hiệu quả và sản phẩm cuối cùng đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng và an toàn.

Nghiên cứu và phát triển

Trong lĩnh vực nghiên cứu, khúc xạ kế là một công cụ quan trọng để đo lường và phân tích các mẫu, từ việc kiểm tra thành phần hóa học đến đo lường tính chất vật lý của các vật liệu. Điều này giúp nghiên cứu viên và nhà phát triển hiểu rõ hơn về các vật liệu và quy trình, từ đó cải thiện và phát triển các sản phẩm mới.

Như vậy, thbvietnam.com vừa giải đáp cho bạn đọc thắc mắc về khúc xạ kế là gì, nguyên lý hoạt động của thiết bị cũng như các ứng dụng tiêu biểu của khúc xạ kế. Nếu bạn đang cần tìm mua và tư vấn về thiết bị phù hợp, hãy liên hệ với chúng tôi qua Hotline 0986568014 - 0902148147.