Офтальмология шагает вперед поистине семимильными шагами. За несколько десятилетий лазерная хирургия сумела продвинуться почти с нуля до невероятных вершин, а практически все ручные методы исследования органа зрения сменились аппаратными. Нет нужды объяснять, что они намного точнее и надежнее, чем исследования, требующие вычислений и измерений от человека. А ведь глаз ‒ это не только орган чувств, но и сложнейшая оптическая система, требующая филигранной точности. Есть диагностические методы, которые применяются редко, только в особых случаях. Но есть, напротив, рутинные, без которых исследование глаза уже не представляется возможным. К таким относится рефрактометрия - что это такое, как и зачем ее проводят, как следует трактовать ее результаты?
Рефрактометрия ‒ это измерение рефракции глаза. Однако нельзя говорить о рефракции, не обратив внимание на то, как устроен глаз, хотя бы в общих чертах.
Таблица. Из чего состоит орган зрения.
| Анатомическая единица | Характеристика |
|---|---|
| Вспомогательный аппарат | Веки, ресницы, брови, глазница, слезные железы и их система, мышечный комплекс. |
| Глазное яблоко | Это воспринимающий аппарат органа. Через его прозрачные элементы проникает световой пучок и фиксируется на сетчатке. В свою очередь, имеет несколько слоев в строении и играет основную роль в процессах рефракции и аккомодации. |
| Проводящая система | Нервы, соединяющие сетчатку и мозговые структуры. |
| Подкорковые элементы и высшие нервные центры | Области в головном мозге, отвечающие за обработку зрительных сигналов. |
Отдельно следует рассмотреть строение глазного яблока. Оно состоит из нескольких структур:
Большинство людей в своей жизни сталкивалось или хотя бы слышало о таких понятиях как «близорукость» и «дальнозоркость». Эти слова не являются научными терминами и заменяют более сложные « » и « », но описывают именно нарушения рефрактерной способности зрительного анализатора.
Процесс рефракции ‒ это способность преломлять световые лучи. Глаз ‒ это система оптических сред, и основными преломляющими элементами являются роговица и хрусталик. Все остальные прозрачные среды являются светопроводящими. Чтобы преломление и проведение света осуществлялось полноценно, все среды должны быть идеально прозрачными.
В офтальмологии существует понятие о физической и клинической рефракции. Это связано с тем, что глаз ‒ не только совокупность светообрабатывающих структур, но и орган нервной системы.
Физическая рефракция ‒ это непосредственно способность глаза преломлять световые пучки, преломляющая сила описывается в диоптриях. Новорожденные дети практически ничего не видят и преломляющая сила их глаз не превышает 50 диоптрий. Но постепенно четкость зрения увеличивается и в итоге возрастает до 70 диоптрий.
И в этот момент в игру вступает аккомодация . Это, в свою очередь, процесс изменения конфигурации хрусталика, который направлен на повышение четкости изображения ‒ фокусировка. В офтальмологии приняты такие понятия как ближайшая и дальнейшая точка ясного видения. Дальнейшая находится в бесконечности ‒ при полном расслаблении мышц, отвечающих за аккомодацию. Но как только человеку необходимо посмотреть на предмет, находящийся ближе этой дальнейшей точки, становится необходимым напряжение мышц глаза.
В связи с этим различают два вида клинической рефракции.
Итак, на основании приведенных выше сведений определение рефрактометрии как процесса измерения рефракции становится более понятным. Производится исследование клинической рефракции, поскольку важным является именно способность фокусировать изображение на сетчатке. Причем изучается как статическая, так и динамическая составляющая.
Некоторое время назад измерить рефракцию можно было измерить только ручным способом. Для этого использовались специальные схемы глаза и методики ручного измерения рефракции. По точности они во многом уступали современным приборам, кроме того, нельзя было исключить вероятность ошибки.
Сегодня рефрактометрия ‒ это высокотехнологичная процедура, занимающая не более пяти минут. Для этого метода диагностики используются специальные приборы ‒ рефрактометры. Принцип работы этого устройства ‒ инфракрасное излучение. Рефрактометр располагается на столе, в высоту составляет около полуметра и имеет «выходы» с двух сторон ‒ экран с панелью управления для врача и специальное устройство, куда смотрит пациент. Из особого объектива в сторону зрачков исследуемого направляется пучок лучей в инфракрасном спектре, который, проникая через отверстие в радужке, падают на сетчатку. Происходит отражение от дна глаза и возвращение к датчикам прибора. Доктору требуется лишь направить лучи через зрачок пациента. Устройства, в свою очередь, производят фиксацию полученных данных, а компьютер производит расчет необходимых показателей. Расчеты тут же отображаются на экране, а затем их можно распечатать.
Несмотря на простоту, быстрое выполнение и отсутствие каких-либо негативных последствий процедуры, нерационально проводить ее всем и каждому. Обычно рефрактометры используются в специализированных офтальмологических центрах, где проверяют зрение перед какими-либо оперативными вмешательствами и другими серьезными процедурами, а также методика используется для уточнения степени нарушения рефракции после первичной диагностики нарушения зрения врачом. Использование рефрактометрии в качестве одного из диспансерных рутинных обследований возможно, но не каждая больница может это себе позволить.
Четкие показания к рефрактометрии:
Противопоказания к этой методике весьма условные. Из узко специфических только одно ‒ нарушение прозрачности стекловидного тела, или такое заболевание как катаракта. Из неспецифических:
Для того чтобы результаты были максимально достоверными, необходима недолгая предварительная подготовка. Она заключается в закапывании раствора атропина в глаза утром и вечером в течение трех дней до предполагаемого исследования.
Доза закапываемого атропина ‒ по 1 капле в каждый глаз. В зависимости от возраста может меняться концентрация раствора:
При проведении подготовки следует быть аккуратным, поскольку такие капли в глаза могут вызывать преходящие нарушения четкости зрения, что особенно опасно для водителей и людей, деятельность которых требует максимального напряжения глаз, внимания к деталям. Кроме того, атропин ‒ довольно сильный аллерген, так что может развиться аллергический конъюнктивит ‒ , покраснение, слезоточивость.
Собственно процесс проведения рефрактометрии прост.
При аппаратной рефрактометрии на распечатанном листе можно обнаружить несколько видов показателей отдельно для правого (R) и левого (L) глаза.
Уметь расшифровывать эти значения самостоятельно вовсе не нужно: о любых отклонениях проинформирует врач. А вот сохранить данные после исследования рекомендуется, чтобы можно было проводить наблюдение в динамике.
Основной момент заключения, озвученного врачом ‒ это тип рефракции и степень нарушения зрения (важны для получения линз или очков). Виды рефракции:
Таким образом, рефрактометрия ‒ это современный информативный метод диагностики состояния зрения, который занимает минимум времени, является абсолютно безопасным как для взрослых, так и для детей, а также очень простой в выполнении.
В данной работе используется рефрактометр Аббе, действие которого основано на измерении предельного угла преломления. Оптическая схема рефрактометра приведена на рис. 4. Исследуемый раствор помещают между плоскостями двух призм - осветительной 3 и измерительной 4 , изготовленных из стекла с большим показателем преломления (n = 1.9 ). Большой показатель преломления измерительной призмы позволяет сохранять условиеn p < n ст для большого диапазона плотностей измеряемых жидкостей. Шкала прибора проградуирована до значения n p =1.7 .От источника 1 пучок света направляется конденсором 2 на входную грань осветительной призмы. Пройдя осветительную призму 3, свет падает на матовую гипотенузную грань АВ данной призмы, граничащую с тонким слоем исследуемой жидкости. Матовая поверхность имеет неровности, размеры которых составляют несколько длин волн. Свет рассеивается на этих неровностях по всей поверхности и, пройдя через тонкий слой раствора, падает на границу раздела “раствор-стекло” под всевозможными углами падения, т.е. угол падения изменяется в пределах от 0 0 до 90 0 .
На зеркальной гипотенузной граниCD измерительной призмы 4 свет преломляется (размеры неровностей на этой грани меньше длины волны). Вследствие того, чтоn p < n ст , угол преломления изменяется в пределах отнуля до γ пр . Под угламиγ > γ пр излучение не наблюдается. Таким образом, при угле преломления, равном γ пр , возникает граница свет – тень. Величина n p определяется из соотношения sin γ пр = n p / n ст , где величина n ст известна.
Ход лучей света при выходе его из измерительной призмы легко учитывается при градуировке прибора т. к. преломление света происходит на границе “стекло-воздух”, причем показатели преломления обеих сред известны. Угол преломления света на этой границе не влияет на точность измеренияn p .
Благодаря засветке всего слоя раствора граница света и тени наблюдается достаточно резко. Поэтому, настраивая прибор к работе, свет от осветителя нужно направить на призму так, чтобы он равномерно осветил всю поверхность грани АВ рассеивающей призмы. Для определения угла, под которым выходят лучи из измерительной призмы, используется зрительная труба, образованная объективом 6 и окуляром 9, свет в которую поступает через систему призм прямого зрения 5 . При этом используется то свойство зрительной трубы, что лучи, идущие к ней параллельно её оси, собираются в заднем фокусе, где помещена прозрачная пластинка 7 с нанесенным на ней перекрестием сетки. Перекрестие точно совпадает с фокусом.
Рис. 4. Ход лучей в рефрактометре при измерении показателя преломления методом скользящего луча.
Оптическая схема прибора: 1-источник света, 2-конденсор, 3-осветительная призма, 4-измерительная призма, 5-призма прямого зрения, 6-объектив зрительной трубы, 7-сетка с перекрестием, 8-шкала, 9-окуляр зрительной трубы, 10-поле зрения окуляра.
Призмы прямого зрения и зрительная труба жёстко связаны между собой и могут поворачиваться относительно измерительной призмы. Угол поворота измеряется по неподвижной шкале 8, расположенной в общей фокальной плоскости объектива и окуляра. Шкала проградуирована в значениях показателя преломления исследуемого раствора на основании формулы (6). Осуществляя поворот зрительной трубы, можно установить её ось параллельно лучам, преломившимся на граниCD под предельным углом γ пр . При этом в поле зрения окуляра будут наблюдаться светлая и тёмная области, граница между которыми будет совпадать с перекрестием. Светлая область образована лучами, преломлёнными на граниCD под углами, меньшими предельного, а тёмная область возникает из-за отсутствия лучей, идущих под углами, большими предельного. Положение границы света и тени, образованной лучами, преломлёнными под предельным углом, укажет на шкале 8 искомую величину показателя преломления раствора.
Источник света 1 не является монохроматическим. Поэтому вследствие дисперсии как исследуемого вещества, так и материала измерительной призмы, (зависимости их показателей преломления от длины волны света), граница света и тени, наблюдаемая в зрительную трубу, оказывается размытой и окрашенной. Для устранения этого эффекта используются призмы прямого зрения 5 , образующие дисперсионный компенсатор. Призмы рассчитаны так, чтобы лучи с длиной волны λ D = 589,3 нм (среднее значение длины волны натрия) не отклонялись при прохождении через них. При повороте одной призмы относительно другой их суммарная дисперсия изменяется, что позволяет скомпенсировать различие в углах выхода лучей с различными длинами волн из измерительной призмы и направить их в зрительную трубу параллельно лучам с длиной волны λ D . Граница света и тени при этом получается резкой, неокрашенной и даёт значение показателя преломления исследуемого раствора n D на длине волны λ D .
Рефракция - измерение методом преломления. Этот термин был введен в употребление еще в 18 веке Ньютоном. Рефрактометр получил свое название за принцип работы. Принцип рефрактометра - измерять концентрацию растворов и масел через коэффициент преломления света.
Устройство рефрактометра основано на призме. Сегодня существует несколько видов таких приборов:
Промышленные и лабораторные устройства используются на предприятиях и в исследовательских центрах. Они не отличаются мобильностью, потому что имеют большие габариты. Тяжелые устройства обычно не переносят, их используют на месте. Преимущество такого оборудования - высокая точность показателей.
Цифровые и ручные механические рефрактометры отличаются высокой мобильностью. Они маленькие и легкие, такие приборы можно легко транспортировать. Шкала рефрактометра отображается на ручной механическом приборе. Цифровой рефрактометр показатель преломления отображает в цифрах без шкалы.
Промышленные и лабораторные рефрактометры имеют одно важное преимущество - они отличаются высокой точностью показателей. Такие приборы используют в лабораториях крупных предприятий. Например, компания, выпускающая СОЖ, тестирует масла, используя лабораторные приборы. Производитель автомобилей может подбирать масла и другие жидкости для машин с помощью промышленного рефрактометра.
Ручные механические и цифровые приборы применяют там, где большое значение имеет мобильность оборудования. Например, в автосервисе лучше использовать один из компактных и простых приборов. Ручной рефрактометр TechLube RB-18 ATC идеально подойдет для таких целей. Шкала рефрактометра довольно точно отобразит концентрацию СОЖ и других жидкостей (в том числе антифризов).
Рефрактометр TechLube RB-18 ATC не имеет элементов питания, он идеален даже для полевых условий. Если нужно быстро измерить концентрацию вещества, рефрактометр показатель преломления отобразит мгновенно. Достаточно нанести немного вещества на линзу. С такой задачей справится даже новичок, который не имеет опыта в проведении подобных измерений. Освоить процедуру измерения можно за несколько минут.
Электронный рефрактометр имеет расширенный функционал - это главное достоинство портативного прибора. Он может отобразить на жидкокристаллическом экране одновременно коэффициент преломления и плотность состава, преобразовав результаты в нужные единицы измерения. Аппарат удобен, но требует больше опыта и ему необходимы элементы питания.
Устройство рефрактометра можно расмотреть на примере простого и практичного аппарата TechLube RB-18 ATC. Главный элемент устройства - призма с высоким показателем преломления. Именно на нее наносят исследуемое вещество, концентрацию которого необходимо установить.
На линзу падает луч, который преломляется под определенным углом. Угол преломления света в линзе, на которую уже нанесено вещество (например, СОЖ) зависит от плотности исследуемого веществ. Свет, преломляясь, попадает на систему линз и отображается на шкале. Коэффициентом преломления называют соотношения между углом вхождения луча и углом преломления в среде.
Принцип рефрактометра используют очень давно, прибор применяется во многих сферах. Он доказал свою эффективность. Устройство рефрактометра со временем было усовершенствовано, так появились цифровые приборы, но работает система по старой схеме.
Показатель преломления может измениться из-за температуры. В отдельных приборах температура вещества сохраняется стабильной благодаря специальной биметаллической пластине. Если температура вещества растет или понижается, пластина реагирует на это. Она корректирует показатели шкалы с учетом изменения температуры вещества. Впрочем, подобная функция нужна в отдельных случаях.
Чтобы шкала рефрактометра показывала точные результаты, необходимо подготовить инструмент к работе и провести процедуру калибровки. Для таких целей используют самую обычную дистиллированную воду. Она нужна для того, чтобы выставить нулевое значение. Известно, что дистиллированная вода никак не влияет на преломление света в линзе - она дает нулевой коэффициент.
Для подготовки прибора надо нанести с помощью пипетки на главную линзу немного дистиллированной воды. Потом прибор закрывают и выставляют нулевое значение, используя калибровочный винт. Когда значение 0,0 выставлено, необходимо очистить специальной тряпочкой линзу. После такой небольшой подготовки можно проводить исследования - рефрактометр показатель преломления будет отображать очень точно.
Описанным выше образом можно настроить ручной рефрактометр TechLube RB-18 ATC. Он очень прост в использовании. После калибровки прибор дает точные значения. Использовать устройство несложно - достаточно повторять те же действия, что и при калибровке, не трогая только калибровочный винт.
На линзу для проведения измерений пипеткой надо нанести вещество, потом необходимо закрыть стекло и подождать около 30 секунд. Когда 30 секунд прошло, можно направить устройство на любой доступный источник света. Это может быть солнце или лампочка - мощность источник не повлияет на значение. Рефрактометр показатель преломления отобразит даже при неярком освещении.
Главное - не трогать в процессе измерений калибровочный винт, иначе придется проводить всю процедуру с нуля. Когда приходится проводить много измерений, используя разные жидкости, стоит почаще калибровать прибор и чистить его. Иначе возможны ошибки в показателях.
Пример простого, но эффективного прибора - TechLube RB-18 ATC. Оптический рефрактометр идеально подойдет для измерения концентрации водосмешиваемых СОЖ. Он имеет систему автоматической температурной компенсации, чем выгодно отличается от многих аналогичных устройств. Если температура тестируемого состава изменится, это не повлияет на показатели рефрактометра.
Прибор гарантирует высокую точность измерений в любых условиях. Устройство можно взять с собой в дорогу, использовать в лаборатории, на предприятии, в автосерисе или гараже. Рефрактометр не займет много места.
Прибор устойчив к механическим повреждениям. Для его калибровки достаточно иметь немного дистиллированной воды. TECHLUBE предлагает скидки при покупке рефрактометров этой серии оптом. Срок службы таких приборов длительный, они надежные и практичные. Долговечность прибору обеспечивается относительно простой конструкцией и высоким качеством сборки.
TechLube RB-18 ATC имеет удобную обрезиненную ручку, которая не скользит в руках. Даже если руки в масле, прибор не выскользнет. Производитель продумал конструкцию рефрактометра до мелочей, учитывая специфику его применения.
Рефрактометр (рис.2а) предназначен для измерения коэффициента преломления растворов различных веществ. Принцип действия рефрактометра при измерении показателя преломления прозрачных растворов состоит в измерении предельного угла преломления на границе исследуемой жидкости и стеклянной призмы с известным коэффициентом преломления. Рефрактометр состоит из двух призм: вспомогательной откидной призмы (1) с матовой; гранью (2) и измерительной призмы (3). Между ними имеется тонкий зазор толщиной 0,1 мм, в который помещается несколько капель исследуемой жидкости (4). Измеряется предельный угол преломления на границе жидкость - измерительная призма. Встроенный в прибор компенсатор позволяет сделать границу свет - тень черно-белой при освещении белым светом. Отсчеты производятся глазом (7).
Рефрактометр работает следующим образом. Луч света проходит через вспомогательную откидную призму (1) и рассеивается на нижней грани (2). При этом рассеянные лучи распространяются во всех направлениях, в том числе и параллельно поверхности измерительной призмы (3) (рис. 26).
Далее эти лучи преломляются на границе жидкость (4) - измерительная призма (3), и, пройдя сквозь эту призму (3), попадают в устройство (5). Если граница свет - тень оказалась окрашенной и размытой, надо с помощью компенсатора (6) добиться резкой черно-белой белой границы. Конструкция отсчетного устройства позволяет при повороте специального рычага совместить границу свет - тень с маркером отсчетного устройства. При этом маркер показывает на встроенной шкале непосредственно значения коэффициента преломления .
Рис. 2.а, б- блок-схема рефрактометра: 1 - вспомогательная откидная призма с матовой нижней гранью (2); 3 - измерительная призма; 4 - исследуемая жидкость; 5 - отсчетное устройство; 6 - компенсатор; 7 - глаз; б - схема рассеяния света матовой нижней гранью (2) откидной призмы
Устройство и назначение эндоскопа
Эндоскопия -- врачебный метод исследования полостных органов тела (например, мочевого пузыря, пищевода, желудка) при непосредственном осмотре их с помощью введения в них специальных инструментов - так называемых эндоскопов. Эндоскоп фактически представляет собой микроскоп с небольшим увеличением, приспособленный для введения в полость, то есть имеющий малый диаметр при большой длине тубуса.
Рис. 3. Распространение луча в световоде
В настоящее время широко используются гибкие эндоскопы, в которых для передачи изображения используется не система линз, а световоды - стеклянные нити диаметром 10-50 мкм.
В основу устройств гибких световодов положено явление полного внутреннего отражения света. Стеклянная нить в световоде окружена оболочкой из другого вещества с меньшим показателем преломления (рис.3а). Вследствие этого лучи, падающие на поверхность раздела двух сред под углом, а > а пво распространяются по сердцевине волокна, не выходя за нее (рис.36). Тем самым, световод позволяет передавать свет на значительные расстояния, как по прямолинейному, так и по криволинейному пути.
С помощью отдельного световода диаметром 5-20 мкм удобно освещать полости, но неудобно получать изображение предметов. Поэтому, как правило, изображение предметов переносится с помощью стекловолоконного жгута, составленного из отдельных волокон.
Выбрав пасечничество в качестве хобби или как основной вид деятельности, нужно разобраться во всех приборах и технических приспособлениях, помогающих получить качественный вкусный мед. Обязательно нужно узнать про рефрактометр для меда: что это такое и как им пользоваться?
Хоть требования современного рынка к качеству продукции не высоки, многие пасечники по-прежнему ориентируются на проверенный ГОСТ. Согласно ему, массовая доля содержания в меде влаги не должна превышать 19-21%.
Для получения таких результатов считается, что откачивать мед желательно только из тех сотов, которые были закрыты воском на три четверти от общей высоты. Но при откачивании меда это требование соблюдается не всегда, в результате чего содержание воды в собранном продукте существенно превышает нормы.
Мед повышенной влажности является благоприятной средой для процессов брожения, которые быстро делают его непригодным к употреблению. Чтобы избежать таких ситуаций, в процессе сбора нужно строго контролировать содержание воды, для этого понадобится рефрактометр для меда. Он с большой точностью измеряет массовую долю воды в общей массе продукта. Таким прибором уже давно пользуются не только пчеловоды, но и оптовые скупщики меда.
В целом рефрактометры предназначены для проверки сахаросодержащих жидкостей, таких как фруктовые соки и напитки, вина и мед. Выбирая прибор именно для меда нужно обратить внимание на некоторые параметры:
Портативные приспособления очень компактны и не требуют подключения к сети электропитания. Более технологичные модели оснащены встроенным температурным корректором, который представляет собой биметаллическую пластину, соединенную с системой оптики самого рефрактометра.
Под воздействием температурных колебаний эта пластина сжимается или, наоборот, растягивается, тем самым плавно корректируя работу всей измерительной системы в соответствии с температурными условиями. Благодаря автоматическим расчетам этих сдвигов достигается максимальная точность при замере влажности в диапазоне от 12% до 27%.
Перед покупкой прибора нужно внимательно ознакомиться с инструкцией. Перед первым применением обязательно потребуется калибровка рефрактометра. Она должна быть проведена по показаниям эталонного прибора, используя идентичные образцы меда. Для осуществления настройки отверткой нужно зачистить винт калибровки и ввести границу, которая чаще всего окрашена в бело-голубой цвет, на показания, аналогичные эталону.
Видео: рефрактометр для меда.
Разобравшись, что такое рефрактометр и как он работает, становится понятно, что для максимальной точности результатов измерения нужно тщательно откалибровать прибор. Также можно сделать выводы о влиянии на проведенные замеры температуры не только продукта, но и окружающей среды. Более того, сама измерительная призма тоже должна быть комнатной температуры.
К хранению рефрактометра нет особых требований. Он должен быть очищен мягкой влажной тканью после последних измерений и помещен в сухое помещение, чтоб не потускнел измерительный окуляр. Самостоятельно не стоит пытаться разобрать прибор и почистить его, лучше обратиться в специализированный сервисный центр.
