Seminar: Refraktometer

• Refraktometer messen den Grenzwinkel der Totalreflexion und berechnen mit Hilfe des Snelliusschen Brechungsgesetzes den Brechungsindex

• = Verhältnis/ Quotient zwischen der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und der Geschwindigkeit in einem Medium

  • Geschwindigkeit wegen WW mit Atomen/ Molekülen im Medium geringer

• Brechungsindex ist eine dimensionslose Zahl

• ist abhängig von:

  • Temperatur

  • Druck

  • Wellenlänge der Strahlung

  • LM

  • Konzentration des ANalyten

• unabhängig vom Einfallswinkel des Licht

• höchste Geschwindigkeit: im Vakuum, immer exakt gleich 1

• jedes Medium hat somit einen Brechungsindex >1

  -> je größer der Brechungsindex, desto optisch dichter das Medium.

• je niedriger die Temperatur, desto höher die Brechzahl (der meisten Analyten)

• charakteristische Stoffeigenschaft; Anwendung für Reinheits- und Identitätsprüfungen (auch zur charakterisierung von Gemischen.

• Einsatz häufig als Detektor bei HPLC

• laut DAB

  • wird der Brechungsindex nicht im Vakuum sondern auf Luft bezogen berechnet

  -> Stoffe haben kleinere Lichtgeschwindigkeiten als im Vakuum

  -> Licht nur geringfügig kleiner

• Lichtbrechung: beim Übergang eines Lichtstrahls (S) in ein Medium mit anderem Brechungsindex kommt es an der Grenzfleche zu (Licht-) Brechung.

  -> beruht auf unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Lichts in beiden Medien

  -> bei Brechung und Reflexion kommt es zur Ablenkung des Strahls = Änderung der Ausbreitungsrichtung

• dabei kann es zur Reflexion kommen, wenn Einfallswinkel = Ausfallswinkel ist.

• beim Übergang bleibt die Frequenz des Licht gleich/ unverändert

• Übergang vom optisch dünneren ins optisch dichteren Medium wird der Lichtstrahl zur optischen Achse hin gebrochen.

• Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium wird der Lichtstrahl von optischer Achse weg gebrochen.

• Totalreflexion:

-> vergrößerung des Einfallswinkels bis er einen Grenzwinkel erreicht. Der Ausfallswinkel erreicht dabei 90°. Das ausfallende Licht läuft parallel zur Grenze

-> sobald der Grenzwinkel überschritten wird, kommt es zur Totalreflexion.

• mit dem Abbe- Refraktometer (1900 entwickelt)

• zur Bestimmung der Brechzahl von Flüssigkeiten (Bereich 1,3 - 1,8)

• Arzneibuchanforderungen:

  • T- Abhängigkeit => Brechzahl nimmt mit steigender T ab

    • muss daher 20° +-0,5

    • falls Gerät T nicht konstant halten kann, muss T- Korrektur erfolgen.

  • Ablesegenauigkeit des Thermometers

    • 0,5°C

  • Wellenlänge: Brechzahl ist abhängig der Wellenlänge des verwendeten Lichts

    • daher meist weißes Tageslicht oder Kunstlicht

      -> Na- D- Linie 589,3nm

  • Ablesegenauigkeit des Gerätes: 3 Nachkommastellen sicher

    • vierte Nachkommastelle kann +-5 differieren.

• 3 = Okular: fest ans Fernrohr gebunden, dient der Beobachtung der Trennlinie + Einstellung der Schärfe des Fadenkreuzes

• 4 = Dispersionskorrekturrad: zur Behebung der Dispersion

  • Zerstreuung bzw. Verteilung des Lichts beim Durchgang durch ein optisch aktives Medium (Prisma) in seine Spektralfarben bzw. verschiedene Wellenlängen.

• 5 = Fadenkreuz- Einstellloch: dient der Einstellung des Fadenkreuzes an Schattenlinie.

• 10 = Beleuchtungseinheit: Lampe, die monochromatisches Na- D- Licht aussendet.

• 11/ 12 = Prisma: verwendung eines Doppelprismas, bestehend aus 2 rechtwinkligen Prismen mit hoher Brechzahl.

  -> Dazwischen kommt die Probe.

  • 11 = oberes, drehbares Beleuchtungsprisma: mit rauer Unterseite zur Streuung der auffallenden Strahlung, damit diese die Oberfläche diffus verlässt.

  • 12 = unteres Messprisma: drehbar gegen Fernrohr und ermöglicht die Varriierung des Einfallswinkels des Lichts

    -> wird solange gedreht bis Grenzwinkel der Totalreflexion erreicht ist.

• Amici- Prisma- Kondensator = Gradschichtprisma

  • besteht aus 3 Prismen:

    • 2 aus Kronglas

    • 1 aus Flintglas

  -> werden mit Kanada- Balsam zusammen gekittet

• Anordnung sorgt dafür das nur Na- D- Licht durchgelassen wird! Andere Strahlen werden abgelenkt

• ermöglicht scharfe Einstellung einer Schattenlinie durch eliminierung der Dispersion.

• a) Messstrahl geht im Anschluss durchs Messprisma und sorgt für Helligkeit.

• b) Strahl fällt im Winkel der Totalreflexion! Markeirt damit die “Hell- Dunkel- Grenze”

• c) Strahl geht nicht ins Messprisma! Wird zurückreflektiert.

• immer bei stabiler T messen! Prisma nur mit fesselfreien Papier + destilliertem Wasser reinigen

• Wasser = Kalibrierstoff: 1,3330 +- 0,0001 (unter oder über 20°C

• Stoffe mit hoher Brechzahl: als Kalibriersub. wird 1- Bromnaphthalin verwendet.

  • und Testglas mit aufgedruckter Brechzahl welches auf das Messprisma eingelegt wird.

  • Beleuchtungslampe muss mit Tuch abgedunkelt werden

  • Messwert darf nur minimal vom vorgegebenen Wert abweichen

• fertige Kalibrierstandarts können gekauft werden (mit verschiedenen Brechzahlen.

• Lichtquelle: LED- Lampe

  • Licht fällt auf ein Interferenzen- Filter => Filtert eine Wellenlänge heraus

  • wird anchleißend mittels Linsen- System auf eine Prismenfläche fokussiert.

  • auf Prismenfläche befindet sich die Probe

  • auf fokussierter Fläche fällt Licht mit unterschiedlichen EInfallswinkeln, wird entsprechend gebrochen/ reflektiert

• abhängigkeit der reflektierten Lichtintensität vom Einfallswinkel wird mit hochauflösenden Sensoren gemessen.

• unterschiedliche Stoffklassen können nachgewiesen werden

  -> ätherische Öle (auch durch mechanisches Verfahren gewonnen, statt erhitzen)

  -> fette Öle

  -> FS

  -> FS- Ester

  -> Alkohole, …

• z.B. Lebertran (fettes Öl), Hexetidin, Sevofluran, Proprofol