Abbe-Refraktometer

Das Abbe-Refraktometer ist ein optisches Gerät zur Bestimmung des Brechungsindex von Flüssigkeiten. Als Totalreflektometer beruht sein Messprinzip auf der Tatsache, dass der Grenzwinkel α_g der Totalreflexion an einer Grenzfläche vom Brechungsindex der beteiligten optischen Medien abhängt.[1]

Abbe-Refraktometer von rechts gesehen

Abbe-Refraktometer von links gesehen

Abbe-Refraktometer (Holzstich 1897)

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 (± 0,0001)[1] mit einer nur dünnen Flüssigkeitsschicht, die zwischen den zwei Glasprismen aufgetragen wird. Über die Beziehung

${\displaystyle n=n'\,\sin(\alpha _{\rm {g}})}$

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. Das Abbe-Refraktometer ist jedoch so konstruiert, dass auch bei Verwendung polychromatischen Lichtes der Brechungsindex bei der D-Linie erhalten werden kann.[1]

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 verschiedenen 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 (589,00 und 589,59 nm). In älteren Tabellenwerken werden auch noch α und β als Index angegeben, die sich auf Linien der Balmer-Serie des Wasserstoffspektrums beziehen (656,28 bzw. 486,13 nm). Die Temperaturangabe erfolgt in Grad Celsius.

Beispiel: ${\displaystyle n_{D}^{20}}$ = Natrium-D-Linie, 20 °C