Was ist ein Abbe-Refraktometer?
Ein Abbe-Refraktometer ist ein Gerät, das den Brechungsindex eines Materials nach der Methode des kritischen Winkels messen kann.
Es sieht aus wie ein Mikroskop und wird visuell durch ein Okular gemessen. Der Brechungsindex einer Probe, z. B. einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers, kann bestimmt werden, indem man eine kleine Menge der Probe auf ein Prisma legt und die hellen und dunklen Bereiche beobachtet, die durch das vom Prisma emittierte Licht entstehen.
Es kann zur Bewertung optischer Materialien wie optischer Filme und optischer Gläser verwendet werden und ist daher ein unverzichtbares Instrument für die Hersteller optischer Geräte.
Anwendungen des Abbe-Refraktometers
Mit dem Abbe-Refraktometer lässt sich der Brechungsindex einer Probe bestimmen. Es kann Proben in einer Vielzahl von Zuständen genau messen, darunter Flüssigkeiten, Feststoffe und Membranen. Durch die Bestimmung des Brechungsindex einer Probe kann die optische Leistung von Filmen, Glas und Linsen bewertet werden, weshalb sie von Herstellern und Analyseunternehmen verwendet werden.
Das Prinzip des Refraktometers wird auch in handgehaltenen Zuckermessgeräten verwendet. Mit Glycometern kann die Konzentration von Saccharose in einer Probe gemessen werden, so dass der Süßegrad von Gemüse und Obst beurteilt werden kann.
Funktionsweise des Abbe-Refraktometers
Das Abbe-Refraktometer sieht aus wie ein Mikroskop und wird verwendet, indem eine Probe auf ein Prisma gelegt wird. Beim Blick durch das Okular kann man das vom Prisma abgestrahlte Licht sowie dessen Helligkeit und Dunkelheit beobachten. Der Brechungsindex variiert mit der Temperatur, daher sind einige Prismen mit thermostatischem Wasser umgeben.
Wenn Licht von einem Material mit großem Brechungsindex auf ein Material mit kleinem Brechungsindex fällt, wird es vollständig reflektiert, wenn der Einfallswinkel einen bestimmten Winkel überschreitet. Der minimale Einfallswinkel an diesem Punkt wird als kritischer Winkel bezeichnet. Wird eine Probe auf ein Prisma mit einem höheren Brechungsindex als die Probe gelegt und Licht auf die Grenzfläche zwischen Prisma und Probe eingestrahlt, so wird das parallel zur Grenzfläche einfallende Licht unter dem Grenzwinkel gebrochen.
Bei der Betrachtung des vom Prisma abgestrahlten Lichts tritt ein Unterschied in der Lichtintensität zwischen dem Bereich oberhalb und dem Bereich unterhalb des Grenzwinkels auf, was die Beobachtung von Licht und Dunkelheit ermöglicht. Durch Beobachtung dieser Grenzen kann der Brechungsindex der Probe bestimmt werden. Insbesondere kann der Brechungsindex aus dem Grenzwinkel, dem Winkel des aus dem Prisma austretenden Lichts, dem Scheitelwinkel des Prismas und dem Brechungsindex des Prismas berechnet werden.
Weitere Informationen zu Abbe-Refraktometern
1. Messung von Festkörpern
Einige Modelle können sowohl die Brechungsindizes von Festkörpern als auch von Flüssigkeiten messen. Bei der Messung von Festkörpern ist jedoch die Kontaktfläche des Festkörpers mit der Prismenoberfläche uneben, was eine genaue Messung unmöglich macht. Daher ist, anders als bei Flüssigkeiten, ein Zerkleinern der Probe oder die Verwendung einer Zwischenflüssigkeit erforderlich.
Das Analyseverfahren für feste Proben sieht wie folgt aus:
- Schleifen Sie die zu messende feste Probe mit einer Feile, um die Oberfläche, die mit der Prismenfläche des Abbe-Refraktometers in Kontakt kommt, zu glätten. Handelt es sich bei der festen Probe um ein Pulver, mahlen Sie es gleichmäßig.
- Tragen Sie eine Zwischenflüssigkeit auf die polierte Oberfläche der festen Probe auf. Die Zwischenflüssigkeit wird verwendet, um den Spalt zwischen der prismatischen Oberfläche und der Probe zu füllen. Es werden Monobromnaphthalin, Anisöl oder Methylsalicylat verwendet. Handelt es sich bei der festen Probe um ein Pulver, ist keine Zwischenflüssigkeit erforderlich.
- Platzieren Sie die feste Probe so, dass die polierte Oberfläche mit der Prismenoberfläche in Kontakt ist. Überprüfen Sie die Art der Lichtquelle und lassen Sie die Temperatur stabilisieren, bevor Sie die Analyse durchführen. Da Feststoffmessungen fehleranfälliger sind als Flüssigkeitsmessungen, führen Sie mehrere Messungen durch und überprüfen Sie, ob Sie annähernd gleiche Werte erhalten.
2. Wellenlänge des Abbe-Refraktometers
Der Brechungsindex einer Probe wird normalerweise in der D-Linie des Natriumspektrums gemessen (mittlere Wellenlänge 589,3 nm). Bei einigen Modellen kann jedoch die Wellenlänge der Lichtquelle im sichtbaren oder infraroten Bereich verändert werden, so dass der Brechungsindex bei verschiedenen Wellenlängen gemessen werden kann. Dies hat den Vorteil, dass mehr Informationen gewonnen werden können als bei der Analyse des Natriumspektrums allein.
Es gibt verschiedene Mechanismen zur Änderung der Wellenlänge der Lichtquelle, wie z. B. die Verwendung eines optischen Filters, der nur bestimmte Wellenlängen durchlässt oder die Verwendung anderer Anregungselemente als Natrium (z. B. Quecksilber, Cadmium).
Im Allgemeinen wird Licht mit kürzeren Wellenlängen stärker und Licht mit längeren Wellenlängen weniger stark gebrochen. Wenn die Wellenlänge der Lichtquelle auf der horizontalen Achse des Diagramms und der Brechungsindex auf der vertikalen Achse liegt, wird daher eine nach rechts gerichtete Kurve gezeichnet. Da die Form dieser Kurve von Substanz zu Substanz unterschiedlich ist, kann sie zur Identifizierung der Art der Substanz und zur Überprüfung auf das Vorhandensein von Verunreinigungen verwendet werden.
Sie kann auch zur effizienten Messung des Brechungsindexes bei mehreren Wellenlängen bei der Entwicklung und Prüfung von Materialien verwendet werden, bei denen der Brechungsindex ein wichtiges Kontrollkriterium darstellt.