액체 굴절률의 표준 - 접착제의 모든것

[아템]

액체 굴절률의 표준

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-12-06

액체의 굴절률은 농도의 지표로서 광범위하게 이용되고 있다. 특히 식품, 음료 분야에서는 과즙이나 청량 음료의 자당 농도(Brix), 염분, 알코올분 등의 평가에 굴절계가 사용되고 있어 액체 굴절률의 계량 Traceability에 대한 요구가 높아지고 있다.

가장 높은 정밀도를 가진 시판 중인 굴절계에 요구되는 오차범위는 대략 10^(－5)으로 그 기준으로 이용하기 위해 일본 산업기술 종합연구소(AIST)에서는 10^(－6)의 오차를 실현하기 위해 개발을 진행시켜 왔다.

일반적인 굴절률의 측정 방법으로는 최소 편각법이나 아베 굴절계(Abbe refractometer) 등이 알려져 있지만, 굴절각의 계측으로 10^(－6)의 굴절률 측정 오차를 실현하는 것은 곤란하다.

이러한 이유로 일본 산업기술 종합연구소에서는 그림에 나타내는 진공중과 액체중의 “광학적 길이”를 직접 비교하는 더블 파스 마이클슨 간섭계(Double-pass Michelson interferometer)를 이용한 굴절률 측정 장치를 개발했다.

간섭계에는 2매의 이동 미러(Mirror)가 있다. 1매는 액체 중에, 다른 1매는 내부가 진공으로 유지된 금속 빌로우즈(주름 상자)의 안쪽에 있다. 이들이 Z축 스테이지에 의해서 동시에 상하 이동하는 이동량을 간섭 측정해 그 비로부터 굴절률을 구한다.

10^(－7) 이하의 분해능을 용이하게 얻을 수 있다는 것이 이 측정 방법의 특징이다. 2009년도부터는 JCSS(교정 사업자 등록제도)에 의해 굴절률의 표준이 사용자에게 공급되게 된다.

현재 액체의 굴절률 측정에는 적색의 헬륨 네온 레이저를 이용하고 있다. 오랜 세월 황색 나트륨 D선(파장 589.3nm)이 측정에 이용되어 왔다. 이 때문에 589nm에서의 굴절률 측정의 요구가 높았지만, 이 파장으로 발진하는 계측용 레이저는 지금까지 없었다.

최근, 비선형 광학 결정의 이용에 의해 2개의 레이저광 주파수의 화주파, 차주파를 만들어 낼 수 있게 되었다. 사진은 최근 일본 메이커에서 개발된 파장 변환 레이저로 1300nm와 1064nm 2개의 반도체 레이저 화주파로부터 589nm의 레이저를 만들어 낼 수 있다. 향후에는 이 새로운 광원을 이용해 나트륨 D선의 파장에서의 굴절률 측정을 실시할 예정이다.

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http://www.aist.go.jp/