Theoretische Grundlagen

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Zur Identifizierung einer flüssigen Substanz und zur Prüfung ihrer Reinheit kann auch der Brechungsindex n herangezogen werden. Wird monochromatisches Licht an der Grenzfläche zweier Medien gebrochen , so ist nach dem SNELLIUS'schen Gesetz:

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$\resizebox* {4cm}{!}{\includegraphics{bilderPS/nd20.ps}}$
Darstellung des Snellius'schen Brechungsdindex

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$\frac{\sin \alpha }{\sin \beta }=\frac{c_{1}}{c_{2}}=n$

$c_{1}$ , $c_{2}$ ,= Lichtgeschwindigkeit im Medium 1 und 2.

Im Allgemeinen dient Luft als Bezugsmedium. Der Brechungsindex ist stark von der Temperatur abhängig. Bei organischen Flüssigkeiten nimmt er mit steigender Temperatur um etwa 4 bis 5 $*10^{-4}/$ $\ensuremath{°}$ C ab. Darüber hinaus ändert sich der Brechungsindex mit der Wellenlänge des Lichts (Dispersion). Im Allgemeinen gibt man den Brechungsindex bei der Spektrallinie des gelben Natriumlichtes (D-Linie, 589 nm) an. Temperatur und Wellenlänge bzw. Spektrallinie werden als Indizes vermerkt, z.B. $n_{D}^{20}$ .

Man bestimmt Brechungsindizes mit Hilfe von Refraktometern. Das Standardgerät für organisch-chemische Labors ist das ABBE-Refraktometer. Es benutzt als Meßprinzip die Bestimmung des Grenzwinkels der Totalreflexion und ist so konstruiert, daß auch bei Verwendung von polychromatischem Licht (z.B. Tageslicht) der Brechungsindex der Natrium-D-Linie erhalten wird. Man benötigt für eine Messung nur wenige Tropfen Flüssigkeit. Die Genauigkeit beträgt +/- 0,0001. Um diese Genauigkeit zu erzielen, muß die Temperatur während der Messung mit Hilfe eines Thermostaten konstant gehalten werden. Man mißt zweckmäßig bei 20 $\ensuremath{°}$ C. Der Brechungsindex ist konzentrationsabhängig. Daher wird die Refraktometrie auch zur Konzentrationsbestimmung von Lösungen, zur Reinheitsprüfung und zur Kontrolle von Trennprozessen, z.B. analytischer Destillationen, angewandt. Der Brechungsindex binärer Mischungen ist linear von der Konzentration (in Vol-%) der Komponenten abhängig, wenn bei ihrer Mischung keine Volumenänderung auftritt. Im anderen Falle treten Abweichungen von der Linearität auf. Für genaue Konzentrationsbestimmungen müssen dann Eichkurven aufgestellt werden.

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Kai Jung
2000-11-16

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