Les réfractomètres jouissent d'une grande popularité dans de nombreuses applications ayant chacune des exigences légèrement différentes pour l’instrument. À cause de cela, et au fil du temps, des réfractomètres de conception, de précision et de fonctionnement variés sont devenus disponibles. Cela inclut le réfractomètre Abbe, le réfractomètre manuel, le réfractomètre numérique, le réfractomètre automatique et le réfractomètre de procédé.
Types de réfractomètre
Réfractomètre Abbe
L'abbe réfractomètre, nommé d'après son inventeur Ernst Abbe (1840-1905), était le premier instrument de laboratoire pour la détermination précise de l'indice de réfraction des liquides. Le principe de mesure d'un réfractomètre Abbe est basé sur le principe de la réflexion totale.
Les réfractomètres Abbe sont utilisés pour mesurer des liquides. Les lunettes de référence (prismes) peuvent être sélectionnées avec des indices de réfraction élevés. La lumière d'une source de radiation est réfléchie par un miroir et frappe un double prisme. Quelques gouttes de l'échantillon sont placées entre ce qu'on appelle le prisme double d'Abbe. Les faisceaux de lumière incidente passent à travers le prisme double et échantillonnent uniquement si leurs angles d'incidence à l'interface sont inférieurs à l'angle critique de réflexion totale. Un microscope et un miroir avec un mécanisme approprié sont utilisés pour déterminer la ligne de frontière lumière / obscurité (ligne d'ombre).
L'opérateur du réfractomètre Abbe ajuste le miroir à l'aide d'un bouton rotatif jusqu'à ce que la limite lumière / obscurité soit située à l'intersection des réticules du microscope. Les indices de réfraction correspondants peuvent alors être lus sur une échelle Vernier. Puisque la frontière lumière / obscurité est très faible en contraste, elle ne peut être déterminée qu'approximativement manuellement. La précision du réfractomètre classique d'Abbe est nD = 0,0002, où le quatrième chiffre décimal est déterminé en moyennant un grand nombre de mesures individuelles. Les résultats dépendent de l'interprétation de l'utilisateur, et diffèrent souvent entre les utilisateurs.
Les réfractomètres semi-automatiques sont équipés d'un affichage numérique des données de mesure et permettent ainsi une lecture plus cohérente des données de mesure. Un ajustement manuel de cet équipement est toujours nécessaire, cependant, afin que les résultats de mesure obtenus continuent de dépendre de l'interprétation et de l'habileté de la personne mesurée.
Réfractomètres portables
Les réfractomètres portables polyvalents sont très faciles à utiliser. En raison de la disponibilité d'un certain nombre d'échelles de mesure, de nombreuses applications sont possibles. Les réfractomètres portables sont utilisés par les apiculteurs pour déterminer la teneur en eau du miel, par les producteurs de vin pour déterminer la teneur en sucre des fruits et du moût de raisin, et par les aquariophiles pour déterminer la teneur en sel de l'eau dans les aquariums marins.
Une petite goutte de liquide sur le prisme de mesure suffit à déterminer l'indice de réfraction. Tenue contre une source de lumière, la valeur mesurée peut être lue via l'oculaire sur l'échelle. L'échelle verticale est intersectée par une ligne de limite horizontale à la valeur mesurée.
Pour la compensation de température des liquides, il existe des réfractomètres portables avec correction automatique de température intégrée (ATC).
Réfractomètre numérique
Les réfractomètres numériques fonctionnent de la même manière que les réfractomètres portables, mais avec une détermination et une lecture automatiques de la ligne de séparation. Ils offrent une variabilité inter-opérateur réduite et une plus grande précision que les réfractomètres manuels portables, et sont généralement disponibles avec une sélection d'échelles courantes.
Réfractomètre automatique
Les réfractomètres automatiques éliminent complètement les différences dans les résultats mesurés entre les opérateurs et fournissent le plus haut niveau de précision. Contrairement à la mesure réfractométrique manuelle effectuée dans des conditions environnementales non contrôlées, il est par exemple possible de mesurer l'indice de réfraction de l'échantillon à différentes températures ou longueurs d'onde de lumière. Les réfractomètres automatiques sont principalement utilisés dans des applications de laboratoire, où des mesures précises dans des conditions strictement contrôlées sont nécessaires.
Les instruments modernes sont équipés de diodes électroluminescentes (DEL) comme sources de lumière, qui ont largement remplacé les anciennes lampes halogènes au tungstène ou à vapeur de sodium en raison de leur durée de vie exceptionnellement longue de 100 000 heures. Un filtre d'interférence garantit le maintien de la longueur d'onde correcte. Pour permettre la comparabilité des mesures réfractométriques, celles-ci sont généralement effectuées à la longueur d'onde standard de 589,3 nm (ligne D du sodium). Le principe de mesure est le même que celui des autres réfractomètres, où la lumière monochromatique est incidente à différents angles d'incidence sur le prisme et l'échantillon. L’intensité de la lumière réfléchie est déterminée par un capteur à transfert de charge (CCD), et la position de la frontière clair / sombre résultante est déterminée automatiquement.
Figure 1 : Réfractomètres automatiques modernes d'Anton Paar
Des échantillons sombres, troubles, voire opaques, tels que la moutarde, le ketchup ou la mayonnaise, peuvent être facilement mesurés à l’aide d’un réfractomètre moderne entièrement automatisé. Pour ces applications, 2-3 gouttes ou quelques grammes d'échantillon doivent être appliqués à l'aide d'une pipette ou d'une spatule sur le prisme de mesure. Pour éviter la lumière parasite et l'évaporation, un couvercle d'échantillon est placé sur l'échantillon et le prisme. Après la mesure, l'échantillon est retiré en essuyant avec un chiffon en papier doux. L’éprouvante purification des deux moitiés de prisme (comme cela est nécessaire pour les réfractomètres conventionnels) est ainsi évitée.
Les réfractomètres automatiques sont utilisés dans diverses industries dans le traitement des aliments et des boissons pour déterminer la teneur en sucre et pour le contrôle de la qualité. L'indice de réfraction est souvent représenté sur l'échelle Brix (° Brix) pour ces applications. Cette valeur, qui est affichée directement sur l'appareil, fait techniquement référence au contenu de la substance sèche de saccharose dans une solution d'eau pure. Cependant, il est également utilisé comme valeur caractéristique dans le contrôle de la qualité des jus et d'autres produits alimentaires, et parfois même dans l'analyse d'autres produits, tels que le pétrole.
Réfractomètre de procédé
Figure 2 : Réfractomètres en ligne d'Anton Paar
Les réfractomètres de procédé permettent l’analyse continue de l’indice de réfraction, sans qu’il soit nécessaire de prélever des échantillons pour les envoyer à un laboratoire de contrôle. Ces instruments sont composés de capteurs, placés en ligne ou en dérivation, connectés à une boîte de contrôle. Cette boîte de contrôle fournit généralement un affichage numérique et une sortie. Comme les autres réfractomètres avancés (c'est-à-dire tous sauf ceux de type Abbe et portables), ils fonctionnent selon le principe de mesure de la réfraction totale en déterminant l'angle critique de la lumière monochromatique d'une gamme d'angles d'incidence. Contrairement aux autres réfractomètres, les réfractomètres de procédé peuvent fonctionner sans aucune intervention humaine lors de la mesure et fournir des données de mesure en temps réel sur le milieu de procédé. Cela rend ces instruments particulièrement utiles pour les grandes opérations industrielles, telles que celles des industries agroalimentaire, sucrière, papetière, de raffinage, chimique et pharmaceutique. L'affichage et la sortie peuvent être directement affichés dans n'importe quelle échelle dérivée de l'indice de réfraction, comme l'exige l'application industrielle spécifique. Les réfractomètres de procédé doivent également fonctionner sous des pressions très élevées.
