Refractometrie is een snelle, niet-destructieve meetmethode waarmee de concentratie van opgeloste stoffen in een vloeistof wordt bepaald aan de hand van de brekingsindex. Een refractometer meet hoe sterk licht wordt afgebogen wanneer het van lucht in een vloeistof overgaat — en omdat de mate van breking direct samenhangt met de hoeveelheid opgeloste stof, kan met één druppel monster bijvoorbeeld het suikergehalte, de zoutconcentratie of de zuiverheid van een oplossing worden afgelezen. De techniek wordt breed toegepast in de voedingsindustrie, de wijn- en bierbereiding, de farmacie en het analytisch laboratorium.
Refractometrie berust op de breking (refractie) van licht. Wanneer een lichtstraal van het ene medium in het andere overgaat — bijvoorbeeld van lucht in water — verandert de voortplantingssnelheid van het licht en buigt de straal af. De verhouding tussen de snelheid van licht in vacuüm en die in het medium is de brekingsindex (n). Hoe meer opgeloste stof een vloeistof bevat, hoe hoger de brekingsindex. Een refractometer zet deze brekingsindex om in een afleesbare waarde, zoals een concentratie in procenten of een Brix-waarde.
De fysische basis van refractometrie is de wet van Snellius, die de verhouding tussen de invalshoek en brekingshoek beschrijft: n₁ · sin(θ₁) = n₂ · sin(θ₂). De brekingsindex is afhankelijk van de golflengte van het licht (dispersie) en wordt daarom standaard bepaald bij de gele natrium-D-lijn (589,3 nm). De geconventioneerde waarde wordt aangeduid als nD20, oftewel de brekingsindex bij de D-lijn en een temperatuur van 20 °C. Voor zuiver water bij 20 °C geldt nD20 = 1,3330; voor zuivere ethanol 1,3614 en voor benzeen 1,5011. Deze waarden zijn fysische constanten en dienen als identiteits- en zuiverheidscontrole in de farmacopee.
De meeste refractometers maken gebruik van het verschijnsel van de kritische hoek en totale interne reflectie. Het monster wordt op een prisma met een hoge en bekende brekingsindex aangebracht. Licht dat onder een scherende hoek het grensvlak tussen prisma en monster bereikt, wordt gebroken tot een scherpe grens tussen een licht en een donker veld. De positie van deze licht-donkergrens hangt af van de brekingsindex van het monster en wordt afgelezen op een schaal.
De brekingsindex is temperatuurafhankelijk: bij hogere temperatuur neemt de dichtheid van de vloeistof af en daalt de brekingsindex. Een typische temperatuurcoëfficiënt voor waterige oplossingen is −0,0001 per °C, voor organische oplosmiddelen rond −0,0004 per °C. Daarom zijn nauwkeurige refractometers voorzien van automatische temperatuurcompensatie (ATC), die de meetwaarde herrekent naar een referentietemperatuur (doorgaans 20 °C).
Twee bouwprincipes domineren:
De Brix-waarde (°Bx) is de meest gebruikte schaal in de refractometrie. Eén graad Brix komt overeen met 1 gram sacharose (suiker) per 100 gram oplossing, oftewel een suikergehalte van 1 massaprocent. De Brix-schaal is gekalibreerd op zuivere sacharose-oplossingen, maar wordt in de praktijk breed gebruikt als maat voor het totale gehalte aan opgeloste vaste stoffen.
Het is belangrijk te beseffen dat een refractometer in werkelijkheid de brekingsindex meet, niet rechtstreeks suiker. Voor zuivere suikeroplossingen is de Brix-waarde een betrouwbare maat voor het suikergehalte; bevat het monster ook zuren, zouten of andere opgeloste stoffen, dan dragen die eveneens bij aan de gemeten waarde. Als alternatief op refractometrie wordt voor dezelfde toepassingen ook een Brix-areometer ingezet, die de Brix-waarde rechtstreeks uit de dichtheid afleidt.
Naast Brix bestaan er voor specifieke toepassingen aangepaste schalen die direct vanuit de brekingsindex worden afgeleid:
Het aflezen van een refractometer verloopt in enkele stappen:
Refractometers zijn er in verschillende uitvoeringen, van eenvoudige handmodellen tot geautomatiseerde laboratoriuminstrumenten:
Een refractometer is breed inzetbaar. Veelvoorkomende toepassingen zijn:
Ter referentie enkele brekingsindexwaarden bij 20 °C en de D-lijn:
De brekingsindex is uniek genoeg om identiteits- en zuiverheidscontrole mogelijk te maken voor zuivere stoffen, maar onvoldoende selectief voor mengselanalyse zonder aanvullende informatie.
Refractometrie is snel, eenvoudig en vereist slechts een minuscule hoeveelheid monster, dat na de meting bovendien onaangetast blijft. De methode is goedkoop in gebruik en vergt geen reagentia. Belangrijke aandachtspunten zijn de temperatuurgevoeligheid van de meting — gebruik bij voorkeur een instrument met automatische temperatuurcompensatie — en het besef dat een refractometer het totale gehalte aan opgeloste stoffen meet via de brekingsindex, niet selectief één component. Voor monsters met meerdere opgeloste stoffen geeft de Brix-waarde daarom een suikerequivalent en niet noodzakelijk het werkelijke suikergehalte. Troebele of sterk gekleurde monsters kunnen de positie van de licht-donkergrens minder scherp maken; in dat geval is een Abbe-refractometer met dubbel prismasysteem of een digitaal instrument met LED-detectie de juiste keuze.
Refractometrie sluit aan bij andere optische en analytische meettechnieken in de kennisbank. Zie de artikelen over zuiverheidsgraden van chemicaliën en Good Laboratory Practice (GLP) voor achtergrond bij kwaliteitsborging en zuiverheidscontrole. Voor meetinstrumenten kunt u terecht in de categorie optisch onderzoek & microscopie of neemt u contact op voor advies over de juiste refractometer voor uw toepassing.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
