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Un '''rifrattometro''' è un dispositivo da laboratorio o portatile per la misura dell' indice di rifrazione (rifrattometria). L'indice di rifrazione viene ricavato dalla legge di Snell e può essere calcolato dalla composizione del materiale utilizzando la relazione di Gladstone-Dale.
== Tipi di rifrattometri ==
Ci sono quattro tipi principali di rifrattometri: i rifrattometri portatili tradizionali, i rifrattometri portatili digitali, i rifrattometri da laboratorio o rifrattometri di Abbe ed i rifrattometri da processo. Esiste anche il rifrattometro Rayleigh che viene (tipicamente) utilizzato per misurare gli indici di rifrazione dei gas.
In veterinaria, il rifrattometro viene utilizzato per misurare le proteine plasmatiche totali in un campione di sangue ed il peso specifico delle urine. Nella diagnostica per l'analisi di abuso di droghe, il rifrattometro viene utilizzato per misurare il peso specifico dell'urina umana.
In gemmologia, il rifrattometro è uno degli strumenti fondamentali tra le attrezzature utilizzate in un laboratorio gemmologico. Le pietre preziose sono minerali trasparenti e possono quindi essere esaminate con metodi ottici. L'indice di rifrazione è una costante del materiale, dipende dalla composizione chimica della sostanza. Il rifrattometro è usato per identificare materiali delle gemme misurando il loro indice di rifrazione, una delle proprietà principali utilizzate per determinare la tipologia di una pietra. A causa della dipendenza dell'indice di rifrazione dalla lunghezza d'onda della luce utilizzata (cioè la dispersione), la misura viene normalmente effettuata alla lunghezza d'onda della linea D del Sodio (NnD) di ~ 589 nm. Questa è sia filtrata dalla luce del giorno sia generata con un diodo emettitore di luce monocromatica (LED). Alcune pietre come rubini, zaffiri, tormaline e topazi sono otticamente anisotropi. Presentano cioè l'effetto di birifrangenza in funzione del piano di polarizzazione della luce. I due differenti indici di rifrazione sono identificati con un filtro polarizzatore. Questi rifrattometri sono disponibili sia come strumenti ottici classici sia come strumenti di misura elettronici con display digitale.[http://www.kruess.com/gemmologie/produkte/edelsteinrefraktometer Pagina prodotto di A.KRÜSS Optronic GmbH] (13 Marzo 2013)
Nella manutenzione degli acquari, un rifrattometro può essere utilizzato per misurare la salinità e il peso specifico dell'acqua. Nell'industria delle automobili, un rifrattometro può essere utilizzato per misurare la concentrazione del liquido di raffreddamento e il pH degli oli da taglio nei processi di lavorazione CNC. Nella produzione di birra artigianale, un rifrattometro può essere utilizzato per misurare il peso specifico prima della fermentazione per determinare la quantità di zuccheri fermentabili che potenzialmente possano essere convertiti in alcol.
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Image:Gemref604.jpg|Gemmologia: rifrattometro ER604 usato nelle analisi di pietre preziose; per gentile concessione di A.KRÜSS Optronic GmbHGemology
Image:WinzerMitRefraktometer.jpg|Un produttore di vino con il rifrattometro
Image:FIP-Refraktometer.jpg|Misura della densità del liquido addominale di un gatto [[peritonite infettiva felina]] con l'utilizzo di un rifrattometro.
Image:J457 front open IMG 1127.jpg|Rifrattometro automatico da banco
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== Rifrattometri Automatici ==
[[File:Measuring Principle v2.png|thumb|'''Schema di un rifrattometro automatico: ''' una sorgente luminosa LED viene inviata con un'ampia gamma di angoli su una superficie di un prisma in contatto con un campione. In dipendenza della differenza nell'indice di rifrazione tra il materiale del prisma e il campione, la luce è in parte trasmessa o totalmente riflessa. L'angolo critico di riflessione totale viene determinato misurando l'intensità della luce riflessa in funzione dell'angolo incidente - Immagine di: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com]]
I rifrattometri automatici misurano automaticamente l'indice di rifrazione di un campione. La misura dell'indice di rifrazione del campione si basa sulla determinazione dell'angolo critico di riflessione totale. Una sorgente di luce, di solito un LED a lunga durata, viene focalizzata sulla superficie di un prisma tramite un sistema di lenti. Un filtro di interferenza garantisce la lunghezza d'onda specificata. Per mezzo della focalizzazione della luce in un punto sulla superficie del prisma, si possono coprire una vasta gamma di angolazioni diverse. Come mostrato nella figura "configurazione schematica di un rifrattometro automatico" il campione misurato è a diretto contatto con il prisma di misura. In funzione del suo indice di rifrazione, la luce in entrata con un angolo inferiore all'angolo critico di riflessione totale viene in parte trasmessa nel campione, mentre con angoli maggiori di incidenza la luce viene totalmente riflessa. Questa dipendenza dell'intensità della luce riflessa dall'angolo di incidenza viene misurata con un detector array ad alta risoluzione.
=== Influenza della lunghezza d'onda ===
L'indice di rifrazione di un campione varia per quasi tutti i materiali per le diverse lunghezze d'onda. La relazione di dispersione è differente per ogni materiale. Nella gamma di lunghezza d'onda visibile sono osservabili una diminuzione dell'indice di rifrazione e quasi nessun assorbimento. Nella gamma di lunghezza d'onda ad infrarossi appaiono diversi massimi di assorbimento e variazioni dell'indice di rifrazione. Per garantire una misurazione di alta qualità con una precisione fino a 0,00002 nell'indice di rifrazione, la lunghezza d'onda deve essere determinata correttamente. Pertanto, nei rifrattometri moderni la lunghezza d'onda è sintonizzato su una larghezza di banda di + / - 0.2 nm, per garantire risultati corretti per campioni con differenti dispersioni.
[[File:D22IF003-Abbemat Family 01.jpg|thumb|'''I moderni rifrattometri automatici''' - Immagini di: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com]]
=== Influenza della temperatura ===
La temperatura ha un'influenza molto importante nella misura dell'indice di rifrazione. Ne consegue che la temperatura del prisma e la temperatura del campione devono essere controllati con precisione. Ci sono diversi modi per il controllo della temperatura; però ci sono alcuni fattori chiave comuni a tutti, come l'uso di sensori di temperatura di alta precisione e di sistemi Peltier per controllare la temperatura del campione e del prisma. La precisione del controllo di temperatura di questi dispositivi deve essere progettata in modo che la variazione di temperatura del campione sia abbastanza piccola da non causere un cambiamento rilevabile dell'indice di rifrazione.
Bagni di acqua esterni sono stati utilizzati in passato, ma oggi non sono più necessari.
[[File:J157 PTW.jpeg|thumb|Rifrattometro con imbuto di campionamento - '''Cella di flusso con imbuto di riempimento''' - Immagine di: Rudolph Research Analytical - www.rudolphresearch.com]]
=== Prestazioni estese dei rifrattometri automatici ===
I rifrattometri automatici sono dispositivi elettronici controllati da microprocessori. Questo significa che possono avere un elevato grado di automazione e anche essere combinati con altri strumenti di misura.
==== Celle a flusso ====
Esistono diversi tipi di celle campione disponibili, che vanno da celle a flusso per pochi microlitri a celle campione con un imbuto di riempimento per la sostituzione rapida del campione senza pulire il prisma tra una misura e l'altra. Le celle campione possono essere utilizzate anche per la misura di campioni velenosi e tossici con una minima esposizione al campione. Le micro celle richiedono un volume di soli pochi microlitri, assicurando un buon recupero di campioni costosi e prevengono l'evaporazione di campioni volatili e/o solventi. Possono essere utilizzati anche con autocampionatori per il riempimento automatico del campione sul prisma del rifrattometro. Per un comodo riempimento del campione attraverso un imbuto, sono disponibili celle di flusso con un imbuto di riempimento. Queste sono utilizzate per una rapida sostituzione del campione nelle applicazioni di controllo qualità.
==== Alimentazione automatica del campione ====
[[File:Abbemat 550 Xsample 122 11.jpg|thumb|'''Rifrattometro automatico con scambiatore di campioni''' per la misura automatica di un gran numero di campioni - Iimmagine di: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com]]
Una volta che un rifrattometro automatico sia dotato di una cella a flusso, il campione può essere sia riempito mediante una siringa sia utilizzando una pompa peristaltica. I rifrattometri moderni hanno la possibilità di avere una pompa peristaltica incorporata. Questa è controllata tramite il software dello strumento. Una pompa peristaltica apre la strada per controllare processi batch in laboratorio o eseguire più misure su un campione senza alcuna interazione dell'utente. Questa caratteristica permette di eliminare la possibilità dell'errore umano e garantisce un'elevata produttività. Se è richiesta la misura automatica di un gran numero di campioni, i moderni rifrattometri automatici possono essere combinati con un autocampionatore. Il campionatore può essere controllato dal rifrattometro ed assicura una completa automazione delle misure dei campioni dalle fiale del campionatore.
==== Misure Multiparametriche====
[[File:Abbemat DMA Xsample122 07.jpg|thumb| '''Combinazione di un rifrattometro automatico e di un densimetro''' ampiamente utilizzato nel settore delle misurazioni degli aromi e delle fragranze - Immagine di: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com]]
I laboratori moderni non solo vogliono misurare l'indice di rifrazione di campioni, ma anche molti altri parametri come la densità o la viscosità per poter eseguire un efficace controllo di qualità. Grazie al controllo con microprocessore e al numero di interfacce, i rifrattometri automatici sono in grado di comunicare con i computer o altri dispositivi di misura, ad esempio i misuratori di densità, di pH o di viscosità, per memorizzare i dati dell'indice di rifrazione e della densità (ed altri parametri) in un unico database.
=== Caratteristiche del software ===
I rifrattometri non solo misurano l'indice di rifrazione, ma offrono un elevato numero di caratterisctiche software come
* Impostazioni dello strumento e la configurazione via software
* Registrazione automatica dei dati in un database
* Emissione dei dati configurabile dall'utente
* Esportazione dei dati di misura in fogli Excel
* Funzioni statistiche
* Metodi predefiniti per diversi tipi di applicazioni
* Controlli e regolazioni automatiche
* Verifica della quantità di campione sul prisma
* Registrazione dei dati solo se i risultati sono plausibili
=== Documentazione e validazione per l'industria farmaceutica ===
[[File:Pharma Doku.png|thumb|'''Tipiche cartelle di convalida e qualifica Pharma- Immagine di: Anton Paar GmbH, www.anton-paar.com]]
I rifrattometri sono spesso utilizzati in applicazioni farmaceutiche per il controllo qualità delle materie prime e dei prodotti intermedi e finali. I produttori di farmaci devono seguire diverse regolamentazioni internazionali come FDA 21 CFR Part 11, GMP, Gamp 5, USP <1058>, che richiedono un elevato lavoro di documentazione. I produttori di rifrattometri automatici supportano questi utenti fornendo un software dello strumento che soddisfi i requisiti di 21 CFR Part 11, con livelli utente, firma elettronica e audit trail. Inoltre, sono disponibili i pacchetti di validazione e documentazione quali:
* Piano di qualificazione (QP)
* Qualificazione del Progetto (DQ)
* Analisi dei rischi
* Qualifica di installazione (IQ)
* Qualifica operativa (OQ)
* Lista di controllo 21 CFR Part 11 / SOP
* Qualifica delle prestazioni (PQ)
== Scale generalmente utilizzate ==
* [[Brix]]
* [[Scala Oechsle]]
* [[Scala Plato]]
* [[Scala Baumé]]
== Vedi anche ==
* [[Ernst Abbe]]
* [[Indice di rifrazione]]
* [[Gemmologia]]
* [[Misura del mosto]]
* [[Vinificazione]]
* [[Vendemmia (vino)]]
* [[Gravità (birra)]]
* [[Sciroppo di mais ricco in fruttosio]]
* [[Oli da taglio]]
* [[Inventori tedeschi]]
* [[Polimeri ad elevato indice di rifrazione]]
== Riferimenti ==
<references /> Pagina prodotto di A.RÜSS Optronic GmbH (13 Marzo 2013)
== Letture ulteriori ==
* {{cite journal | author = Sella, Andrea | title = Abbé's refractometer | journal = Chemistry World |date=November 2008 | page = 67 | url = http://www.rsc.org/chemistryworld/Issues/2008/November/AbbesRefractometer.asp}}
== Links esterni ==
*[http://www.gemstonebuzz.com/instruments/refractometer.html Refractometer – Gemstone Buzz] usi, procedure e limitazioni.
*[http://laser.physics.sunysb.edu/~jennifer/reference/refractometry/refractometryhome.html Rayleigh Rifrattometri: principi operativi]
*[http://www.refractometer.pl/ Refractometers and refractometry] funzionamento di un rifrattometro.
*[http://www.flotech.com.sg/products/analytical/concentration.html Refractometer] prodotti e funzioni
[[Category:Strumenti di misura]]
[[Category:Rifrattometri]]
[[Category:Scale]]
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[[Category:Dispositivi ottici]]
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