Sơ đồ cơ chế hoạt động khúc xạ kế tự động: Nguồn sáng LED được chụp dưới nhiều góc độ trên bề mặt lăng kính tiếp xúc với mẫu. Tùy thuộc vào sự khác biệt về chiết suất giữa vật liệu lăng kính và mẫu mà ánh sáng được truyền một phần hoặc phản xạ toàn bộ. Góc tới hạn của phản xạ toàn phần được xác định bằng cách đo cường độ ánh sáng phản xạ như một hàm của góc tới - Nguồn ảnh: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com

Máy đo khúc xạ tự động tự động đo chỉ số khúc xạ của mẫu. Phép đo chiết suất của mẫu dựa trên việc xác định góc tới hạn của phản xạ toàn phần. Nguồn sáng, thường là đèn LED có tuổi thọ cao, được hội tụ vào bề mặt lăng kính thông qua hệ thống thấu kính. Bộ lọc nhiễu đảm bảo nguồn sáng phát ra ánh sáng có bước sóng đúng yêu cầu. Do ánh sáng hội tụ đến một điểm trên bề mặt lăng kính nên nhiều góc khác nhau bị che phủ. Như trong hình "Sơ đồ cơ chế hoạt động khúc xạ kế tự động", mẫu đo được tiếp xúc trực tiếp với lăng kính đo. Tùy thuộc vào chiết suất của nó, ánh sáng tới dưới góc tới hạn của phản xạ toàn phần được truyền một phần vào mẫu, trong khi đối với góc tới cao hơn, ánh sáng bị phản xạ toàn bộ. Sự phụ thuộc này của cường độ ánh sáng phản xạ từ góc tới được đo bằng mảng cảm biến độ phân giải cao. Từ tín hiệu video được chụp bằng cảm biến CCD có thể tính được chỉ số khúc xạ của mẫu. Phương pháp phát hiện góc phản xạ toàn phần này độc lập với các đặc tính của mẫu. Thậm chí có thể đo chỉ số khúc xạ của các mẫu hấp thụ mạnh hoặc mẫu chứa bọt khí hoặc các hạt rắn. Hơn nữa, chỉ cần một vài microlit (μL) mẫu đã có thể quan sát được. Việc xác định góc khúc xạ này không phụ thuộc vào dao động và các nhiễu động môi trường khác.

Ảnh hưởng của bước sóng

Chiết suất của một mẫu nhất định thay đổi theo bước sóng đối với mọi vật liệu. Quan hệ này là phi tuyến tính và đặc trưng cho mọi vật liệu. Trong khoảng khả kiến, chiết suất giảm đi kèm với bước sóng tăng. Khi sử dụng lăng kính thủy tinh có thể quan sát được rất ít sự hấp thụ. Để đảm bảo một phép đo chất lượng cao với độ chính xác lên đến 0,00002 trong chiết suất, bước sóng phải được xác định chính xác. Do đó, trong các máy đo khúc xạ hiện đại, bước sóng được điều chỉnh đến băng thông +/- 0,2 nm để đảm bảo kết quả chính xác cho các mẫu có độ phân tán khác nhau.

Khúc xạ kế tự động hiện đại - Nguồn ảnh: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất quan trọng đến phép đo chỉ số khúc xạ. Do đó, nhiệt độ của lăng kính và nhiệt độ của mẫu phải được kiểm soát với độ chính xác cao. Có một số thiết kế khác nhau một cách tinh tế để kiểm soát nhiệt độ; nhưng có một số yếu tố chính chung cho tất cả, chẳng hạn như cảm biến nhiệt độ chính xác cao và thiết bị Peltier để kiểm soát nhiệt độ của mẫu và lăng kính. Việc kiểm soát nhiệt độ của các thiết bị này phải được thiết kế sao cho sự thay đổi nhiệt độ mẫu đủ nhỏ để không gây ra sự thay đổi chiết suất có thể phát hiện được.

Khả năng mở rộng của khúc xạ kế tự động

Khúc xạ kế tự động là thiết bị điện tử điều khiển bằng vi xử lý. Điều này có nghĩa là chúng có thể có mức độ tự động hóa cao và cũng có thể được kết hợp với các thiết bị đo lường khác.