Logo PTB

Form- und Wellenfrontmetrologie

Arbeitsgruppe 4.21

Refraktometrie

Mit dem hochgenauen Refraktometer wird die Brechzahl fester und flüssiger Proben mit sehr geringer Unsicherheit bei ausgewählten Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich bestimmt. Die erreichbare Messunsicherheit hängt entscheidend von den optischen und mechanischen Eigenschaften des Messobjektes ab. Es ist bei festen Proben eine Unsicherheit der Brechzahl von 1 · 10-6 erreichbar. Bei flüssigen Proben hängt die erreichbare Unsicherheit zusätzlich wesentlich vom Temperaturkoeffizienten der Brechzahl ab. Die erreichbare Unsicherheit beträgt 1 · 10-6 + α · 0,01 K, wobei α der Temperaturkoeffizient der Brechzahl der Probe ist.
Brechzahlmessungen mit sehr geringer Unsicherheit werden mit der Methode der minimalen Ablenkung erreicht. Neben dem Winkelmessgerät (Goniometer) mit entsprechenden Messaufbauten werden dazu Messgeräte zur Erfassung der Brechzahl der umgebenden Luft verwendet.

Bild 1: Prinzip der Brechzahlmessung

Für die Messung an Festkörpern muss der Prüfling optisch transparent sein (Glas, Kunststoff o.ä.) und eine prismatische Form haben, d.h. zwei ebene, unter einem Winkel stehende Messflächen aufweisen. Je nach gewünschter Messunsicherheit werden an das Prisma erhöhte Anforderungen bezüglich der Ebenheit und Größe der Flächen und der Homogenität des Glases gestellt.

Die Messung der Brechzahl von optisch transparenten Materialien in Prismenform erfolgt durch Messung des Prismenwinkels und des Ablenkwinkels. Der Prismenwinkel wird mit Hilfe eines Autokollimators ermittelt. Zur Messung des Ablenkwinkels wird ein durch das zu prüfende Prisma abgelenktes monochromatisches Strahlenbündel eines Kollimators detektiert. Mit geeigneten Auswerteverfahren wird aus den Winkeln, der Wellenlänge und den gemessenen Umgebungsparametern die Brechzahl des Prüflings errechnet.

Dispersionskurven lassen sich auf gleiche Weise durch Variation der Wellenlänge des verwendeten Lichtes bestimmen. Zur Messung werden Spektrallampen mit den diskreten Wellenlängen 404,7 nm (Hg nh), 435,8 nm (Hg ng), 479,99 nm (Cd nF'), 508,6 nm (Cd), 546,07 nm (Hg ne), 589 nm (Na nD) oder 643,85 nm (Cd nC') verwendet.