Abbe-Refraktometer

Abbe-Refraktometer von rechts gesehen
Abbe-Refraktometer von links gesehen
Abbe-Refraktometer (Holzstich 1897)

Das Abbe-Refraktometer ist ein optisches Gerät zur Bestimmung des Brechungsindex von Flüssigkeiten. Als Totalreflektometer beruht sein Messprinzip auf der Tatsache, dass der Grenzwinkel αg der Totalreflexion an einer Grenzfläche vom Brechungsindex der beteiligten optischen Medien abhängt. Die Totalreflexion findet hier an der Grenzfläche des verwendeten Glases mit bekanntem und großem Brechungsindex n’ zur vermessenden und optisch dünneren Flüssigkeit mit dem geringeren Brechungsindex n statt. Der optische Aufbau in diesem von Ernst Abbe entwickelten Refraktometer ermöglicht eine präzise Grenzwinkelbestimmung mit einer nur dünnen Flüssigkeitsschicht, die zwischen den zwei Glasprismen aufgetragen wird. Über die Beziehung

$ n = n' \, \sin(\alpha_{\rm g}) $

lässt sich somit der Brechungsindex n der Flüssigkeit berechnen.

Die Lichtbrechung ist abhängig von der Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes. Früher wurde als monochromatische Lichtquelle meist eine Natriumdampflampe verwendet. Heute wird meist eine Glühlampe in Kombination mit einem optischen Filter verwendet. Der Filter ist so gestaltet, dass er nur Licht mit der Wellenlänge 589 nm zur Probe durchlässt. Dies ist die Wellenlänge der Natrium-D-Linie, die von Natriumdampflampen erzeugt wird. Damit erhält man das gleiche Messergebnis mit geringerem Aufwand.

Je nach Flüssigkeit kann der Brechungsindex stark temperaturabhängig sein. Daher werden die Prismen während der Messung auf eine konstante, bekannte Temperatur gebracht. Die übliche Messtemperatur beträgt 20 °C. Es kann aber aus verschieden Gründen, wie Schmelz-, Siede- und Zersetzungstemperatur des Messgutes, nötig sein, bei einer anderen Temperatur zu messen.

Die verwendete Wellenlänge und Temperatur werden als tief- und hochgestellte Indizes angegeben. Dabei ist „D“ das Kennzeichen für das Licht der Natrium-D-Linie. Und die Temperaturangabe erfolgt in Grad Celsius.

Beispiel: $ n_D^{20} $ = Natrium-D-Line, 20 °C

Bestimmung von n

Zuerst wird die Flüssigkeit auf das aufgeklappte Doppelprisma gegeben (1). Dann blickt man durch das rechte Okular, wobei das Strichkreuz scharf zu sehen sein muss. Die Grenze der Totalreflexion wird nun auf das Strichkreuz eingestellt (2). Jetzt kann man im Ablesemikroskop den Winkel ablesen, hier beträgt er 7°46' (3).

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