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Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Olaf MedenbachInstitut für Geologie, Mineralogie und Geophysik
Ruhr-Universität Bochum44780 Bochum, Germany [email protected]
© by Olaf Medenbach
Measuremnet of refractive indices
Atlas of Optical Crystallography
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Elektromagnetisches Spektrum
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Fraunhofersche Linien in SonnenspektrumAbsorptionsspektrum
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Spektrum einer LeuchtstoffröhreEmissionsspektrum
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Brechungsindex
• Definition des Brechungsindex als Verhältnis von Lichtgeschwindigkeiten.• Bedeutung des Brechungsindex als physikalische Stoffkonstante (Diagnose,
chemische Zusammensetzung der Probe, Bildungsparameter).• Prinzipielle Möglichkeiten der Bestimmung des Brechungsindex:
– Geschwindigkeitsdifferenz
Streckendifferenz von Wellenzügen: Interferenzmikroskopie
– Snelliussches Brechungsgesetz.
• Notwendigkeit der Richtungsabhängigkeit der Messung bei anisotropen Kristallen.• Präzision der Messung.
n = , n > 1, dimensionslosc0
cStoff
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Willebrord SnellAstronom und Mathematiker
(1580-1626)
c1
c2
=n2
n1
=sin sin
c1, n1
c2, n2
Snelliussches Brechungsgesetz 1618
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Johannes Kepler Mathematiker und Astronom
(1551-1630)Brechungsindexbestimmung aus dem SchattenwurfDioptrik, 1611
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Dispersion des Lichts
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Minimalablenkung am Prisma
+ 2n =
sin
2
sin
Für die Messung anisotroper Kristalle muss ein Hauptschnitt oder mindestens ein
Hauptbrechungsindex in der Symmetrieebene des Prismas liegen.
min.
Dispersion des Lichts
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Minimalablenkung am Prisma
Spektralapparat nach Kirchhoff-Bunsen, Fa. Becker, London, ca. 1900Goniometer nach Malus-Babinet, Fa. Fuess, Berlin, ca. 1875
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Jelley Refraktometer
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
n1= n2 • sin krit
n1< n2
Grenzwinkel der Totalreflektion
n1
n2krit
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
William Hyde WollastonArzt, Physiker und Chemiker
(1766-1828)
Totalreflektometernach Wollaston (1802)
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Totalreflektometer
Konstruktion nach Liebisch, Fa. Fuess, Berlin, ca. 1900
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Totalreflektometer
Konstruktion nach Kohlrausch, Fa. Apel, Göttingen, ca. 1900Konstruktion nach Kohlrausch, Fa. Fuess, Berlin, ca. 1900
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Totalreflektometer(Halbkugelrefraktometer)
Konstruktion nach Bertrand, Fa. Wehrlein, Paris ca. 1880Konstruktion nach Herbert Smith, Fa. Swift, London, ca. 1900
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität BochumErnst Abbe, 1840 - 1905Konstruktion nach Abbe, Fa. Zeiss, Jena, ca. 1900
Totalreflektometer
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Totalreflektometer nach Abbe
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Bezeichnung Einheit
1 Brechungsindex nD2 Brix % mas3 Glukose % mas4 Fruktose % mas5 Invertzucker % mas6 HFCS % mas7 Honig Wassergehalt % mas8 °Oechsle °Oe9 °Klosterneuburg °KMW
10 ZEISS (Wasser=14.45) Z 14.4511 ZEISS (Wasser=15.00) Z 15.0012 Butter Fettgehalt % mas13 Butter Iodzahl IZ14 Milch Fettgehalt % mas15 Salzgehalt % mas16 Frostschutz Glykol °C, °F17 FSII - ASTM D 5006 % vol18 Serum Protein % vol19 Serum Trockensubstanz % vol20 Urin Spezifisches Gewicht g/ml21 Urin Trockensubstanz % vol22 Urin Osm. Druck mosm/l
Totalreflektometer
„Abbemat“, Fa. Kernchen, Seelze
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Immersionsmethode
hohe Aperturniedrige Aperturniedrige Apertur, defokussiertBecke Linie: Beim Heben des Tubus geht die helle Linie in das
höher brechende Medium
Blende nach Schröder van der KolkHeller Rand zur Blende Korn niedriger lichtbrechend
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
-t-Variationsmethode nach Emmons (1926)
t1
t2
tn
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Berechnung aus dem Brewster-Winkel
90°
Inte
nsitä
t
Brewster-Winkel
(56,3° bei n = 1,5)
Gebrochener und reflektierter Strahl sind linear polarisiert, der gebrochene mit seiner
Schwingungsebene parallel zur Einfallsebene, der reflektierte senkrecht dazu.
Detektor
Polarisator
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(n1- n2)2 + (n1 • k)2
(n1+ n2)2 + (n1 • k)2
R =
Bei senkrechtem Lichteinfall gilt:
Berechnung aus dem Reflektionsvermögen
Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum
Berechnung aus der Gladstone-Dale Beziehung
Kp = n – 1
d
k1 • p1
100
kn • pn
100
k2 • p2
100• • • •+ ++Kc =