Refraktometrie – Brechungsindex und mehr
Im Vakuum bewegt sich das Licht mit einer Geschwindigkeit von rund 300.000 Kilometern in der Sekunde. Im Wasser dagegen ist die Geschwindigkeit rund 225.000 Kilometer pro Sekunde, also um 25 % geringer. Und im Saphir kommt das Licht in einer Sekunde „nur“ 170.000 Kilometer weit.
Ein Refraktometer ist ein Messgerät, das diese Geschwindigkeit misst. Allerdings wird das Ergebnis in der Regel nicht direkt angegeben, sondern im Verhältnis zur Lichtgeschwindigkeit in der Luft. Dieses Verhältnis nennt man Brechungsindex. Die Angabe, ein Material habe einen Brechungsindex von 1.5 bedeutet also, daß die Geschwindigkeit des Lichtes in der Luft um 50 % höher ist als in diesem Material.
Wen interessiert die Lichtgeschwindigkeit in Proben?
Der Brechungsindex ist eine stoffspezifische Konstante. Sie hängt von der Temperatur ab und von der Wellenlänge (also der Farbe) des Lichtes. Weil das so ist, kann man mit einem Refraktometer herausfinden, ob eine Substanz die ist, für die man sie hält. Dabei gibt es ein Problem: Eine etwa zwanzigprozentige Zuckerlösung hat denselben Brechungsindex wie Aceton; refraktometrisch kann man diese beiden Flüssigkeiten deshalb zunächst nicht unterscheiden. Allerdings kann man diesen Messwert als einen Schritt in der Bestimmung einer Probe verwenden.
Auch kann bei Mischungen, die typischerweise in wechselnden Zusammensetzungen auftreten, wie z. B. Olivenöl oder Orangensaft, eine Spanne angegeben werden, in der Proben einer gewünschten Qualität liegen müssen.
Eine Anwendung der Refraktometrie ist also die Kontrolle zweifelhafter Proben.
Weiterhin gibt es für viele Zwei-Stoff-Gemische einen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Brechungsindex und der Zusammensetzung. Das bekannteste Beispiel eines solchen Gemisches sind wässrige Lösungen von Saccharose, die sehr genau untersucht worden sind.
Daraus ist die Trockensubstanz-Skala bestimmt worden. Ein Refraktometer kann so eingestellt werden, daß es den Wert direkt als Trockensubstanz, % TS, anzeigt. Die Einheit wird oft auch Brix (abgekürzt Bx) genannt. Auch Skalen, die eigentlich die Dichte einer Substanz angeben, können refraktometrisch simuliert werden. Bekanntestes Beispiel hier ist die Öchsle-Skala für Wein.
Refraktometer können die gemessenen Brechungsindizes also in Konzentrations- oder Dichteneinheiten umrechnen.