ABBE-Refraktometer

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ABBE-Refraktometer

Brechzahlbestimmung mit einem Refraktometer

Ein für die Kunststoffprüfung gut geeignetes Refraktometer ist ein temperierbares Zweiprismengerät, entwickelt von dem deutschen Physiker und Begründer des wissenschaftlichen Gerätebaus Ernst Abbe, dessen Name sehr eng mit der Firma Carl Zeiss Jena verbunden ist. Zur Bestimmung der Brechzahl von Flüssigkeiten wird eine dünne Lamelle zwischen die Prismen gegeben, wobei eines der Prismen als Beleuchtungs- und das andere als Messprisma dient. Die Beleuchtung erfolgt mit dem monochromatischen Licht einer Natriumdampflampe bei einer Messtemperatur von 20 °C. Für vergleichende Messungen mit geringeren Genauigkeitsanforderungen oder zur Bestimmung der Dispersion kann auch im weißen Licht (z. B. Tageslicht) gearbeitet werden. Der dabei auftretende farbige Dispersionssaum am Hell-Dunkel-Übergang kann meist am Gerät beseitigt werden. Durch Neigen des Prismenpaares gegen den Beleuchtungsstrahl wird in einem Okular der Hell-Dunkel-Übergang der Totalreflexion, wie in Bild 1 gezeigt, eingestellt und im anderen Okular die genau diesem Winkel entsprechende Brechzahl bis zur vierten Dezimale abgelesen.

Bild 1:

Schattengrenze der Totalreflexion im ABBE-Refraktometer bei der Anwendung monochromatischen Lichtes einer Natriumdampflampe

Feste Stoffe müssen nur auf einer ebenen Fläche in etwa der Messprismengröße poliert werden. Diese Fläche wird mit einer Immersionsflüssigkeit auf dem Messprisma positioniert (Bild 2). Die Brechzahl der verwendeten Flüssigkeit muss kleiner sein als die des Prismas, aber größer als die des Prüfkörpers und darf die begrenzenden Materialien nicht angreifen. Der Pfeil gibt die Richtung des Lichteinfalls an.

Bild 2:

Anordnung zur Brechzahlbestimmung an festen Stoffen mittels Refraktometer

Bestimmung der Dispersion von Kunststoffen

Neben der Brechzahl kann im ABBE-Refraktometer die Dispersion gemessen werden. Die wie zur Brechzahlmessung vorbereitete kompakte Probe wird mit dem Immersionsmittel auf dem Messprisma befestigt. Die Probendispersion wird stets in weißem Licht bestimmt. Dabei tritt an der Grenzlinie der Totalreflexion ein breiter Interferenzfarbsaum auf, welcher durch Drehen des im Refraktometer integrierten AMICI-Prismas kompensiert werden kann. Der zur Kompensation (scharf begrenzte Totalreflexionslinie) notwendige Prismendrehwinkel kann an der Teilung als Trommelzahl abgelesen und mittels der zum Gerät mitgelieferten Tabellen in die Grunddispersionswerte und die ABBE’sche Zahl umgerechnet werden.

Literaturhinweis

• Trempler, J.: Optische Eigenschaften. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 325/326 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)