Besser kein Refraktometer

Hallo zusammen,

das wird jetzt sicherlich einen kleinen Aufschrei bei den Refraktometer Benutzern geben.

Mir hat der Unterschied bei den Messungen mit dem Refraktometer und den Messungen mit den Präzisionsspindeln keine Ruhe gelassen. Somit habe ich ein wenig herumgefragt und nachgeforscht. Das Ergebnis wird nicht alle erfreuen.

Bei der Dichte Bestimmung von Salzwasser interessiert uns ja die Konzentration der gelösten Salze im Wasser. Die Einheit dafür ist g/cm3.
Um es hier ein wenig einfacher zu machen und nicht so sehr ins Detail zu gehen, spreche ich bei dieser Dichte einmal von der physikalischen Dichte.
Die "Dichte", die mit einem Refraktometer gemessen wird, ist der Brechungsindex und ist dimensionslos. Der Brechungsindex steht mit der physikalischen Dichte eines Medium in keinem direkten Zusammenhang. Es kann also beim Ablesen der optischen Dichte von 1.024 nicht davon ausgegangen werden, das die Physikalische Dichte auch 1.024 beträgt. Für uns Aquarianer gibt es also nur die Möglichkeit der Messung mit Spindeln. Es gibt zwar weitere Methoden, die für uns aber kostenmäßig nicht relevant sind.

Eigentlich hätten wir durch Überlegung auch selbst darauf kommen können. Da das Refraktometer ja ein optisches Gerät ist, wird die Brechung des Lichtes durch die Salze in der Lösung verändert. Jedes Salz verursacht eine andere Brechung des Lichtes. Einige Salze können einen sehr großen Brechungswinkel erzeugen und zum gesamten Meßergenis der optischen Dichte beitragen, obwohl deren Konzentration an der gesamten Konzentration eher gering ist.

Wenn immer die gleiche Salzsorte verwendet wird, kann das Refraktometer sicherlich dazu benutzt werden, die physikalische Dichte über eine Kalibration zu bestimmen. Dazu müsste man sich eine Umrechnungstabelle erstellen. Eine Dichtebestimmung des Beckenwassers ist aber nicht möglich, da dort die Zusammensetztung ständig verändert wird.

Die Beschriftung des Refraktometers nD 20 bedeutet, die Kalibiertemperatur beträgt 20 Grad Celsius und als Lichtquelle (das ist auch von großer Bedeutung) ist eine Natriumdampflampe zu verwenden. Die Natrium-D-Linie bei 589 nm (darum "D") wird definitionsgemäss verwendet, da der Brechungsindex auch noch von der Wellenlänge des Lichtes abhängig ist.

Ich wollte diesen Beitrag mit Absicht allgemein verständlich halten und habe vieles vereinfacht. Wenn jemand genauere Auskünfte haben will, kann er sich gerne an mich wenden.

Ansonsten Literatur z. B.:
Jürgen Falbe, Manfred Regitz (Hrsg.): Römpp Chemie Lexion, 9. Aufl., Stuttgart, New York: Thieme, 1991.

Hallo Frank,

Danke für die Ausführungen !

Zitat

Original von Ralf

... im Grunde genommen sind alle Methoden (Spindel, Leitwert, Refraktometer) eigentlich ausreichend reproduzierbar.

Hallo Ralf,

mit einem Refraktometer lässt sich keine Dichte von Salzwasser bestimmen. Was ist daran reproduzierbar?

Aus der Prozessanalytik ist mir noch das System des Dichteschwingers und der Ultraschallmessung bekannt. Das sind neben Spindeln weitere Systeme zur Dichtebestimmung.

Einen kleinen Einstieg findest Du hier Es ist zwar eine Produktbeschreibung, aber es enthält eine gute Einführung in die Thematik.

Zitat

Original von Ralph D. Huber
Hallo Frank,

Danke für die Ausführungen ! 

Hallo Ralph,

warum "schreist" du eigentlich immer so ?

Im Internet / Forum ist das Maß der Schriftstärke gleichbedeutend mit der Lautstärke der Stimme. Für die hat man ja sonst kein Ausdrucksmittel. So gesehen bist du hier der Lauteste von allen - mit Abstand.

Hallo Thomas!

Bist Du jetzt ein Semmerl (wegen dem Bild).

Gruß Geri

Thomas macht mit bei der Aktion "Brötchen für die Fische" 'fg'

Zitat

Original von gerald schneider
Bist Du jetzt ein Semmerl (wegen dem Bild).

Hi Geri,

nein nein, ich wollte nur mal alle an den Anblick eines Brötchens gewöhnen. In Sifi ist dies das Erkennungszeichen für Hoschis.

Zitat

Wir sehen uns dann also in Sifi, Erkennungszeichen Brötchen im Knopfloch ?

Zitat

hat aber auch was gutes, zumindest für mich:

Jou, wollte es auch bestellen kam aber nicht mehr dazu.

Da gibts bald bei Ebay wieder günstig Refraktometer...

Hallo Thomas,

Zitat

Original von Thomas Chronz
warum "schreist" du eigentlich immer so ?

Im Internet / Forum ist das Maß der Schriftstärke gleichbedeutend mit der Lautstärke der Stimme. Für die hat man ja sonst kein Ausdrucksmittel. So gesehen bist du hier der Lauteste von allen - mit Abstand.

Du glaubst gar nicht wie "wurscht", "schnuppe" und furchtbar egal mir das am A....llerwertesten vorbeigeht ob das Internet meine normal fette Schrift als lautes Schreien oder leises Flüstern interpretiert ! Deine Signatur enthält doch auch einen fetten Schriftzug, worüber also regst Du Dich auf ?

@n Frank D.:
mein Beitrag war absolut ohne irgendwelchen Nachgeschmack und völlig wertfrei gemeint !

Zitat

Original von Ralph D. Huber
[Du glaubst gar nicht wie "wurscht", "schnuppe" und furchtbar egal mir das am A....llerwertesten vorbeigeht ob das Internet meine normal fette Schrift als lautes Schreien oder leises Flüstern interpretiert !

Hallo Ralph,

mit deiner Wortwahl und deiner Einstellung bin ich nicht einverstanden. Nur weil ich dich auf die Gepflogenheiten des Internet hingewiesen habe, mußt du nicht gleich ausfallend werden.

Das Internet sind wir, und die meistens von uns interpretieren deine fette Schrift als Geschrei. Wenn du das nicht so meinst, bleibt mir nur übrig, die fette Schrift als wichtigtuerisches Gehabe zu interpretieren: Fett und Blau, das muss der Huber sein.

Zitat

Deine Signatur enthält doch auch einen fetten Schriftzug, worüber also regst Du Dich auf ?

ja, da du mich darauf hinweist, fällt es mir auch auf, daß das mit der fetten Signatur nicht sein muß. Wird gleich geändert.

Hallo Freunde,

die Stimmung ist irgendwie gereizt in den letzten Wochen...oder?!

Ich denke wir sollten langsam, aber stetig eine vorfestliche Stimmung annehmen. Glühwein, Schwippbögen, Lichterketten etc..
Als ich vor ca 1 1/2 Jahren dem Forum beigetreten bin war es viel familiärer und von gegenseitiger Achtung geprägt. Sehr überzeugend!

Zum Refraktometer:

Keine Meßmethode, egal in welcher Naturwissenschaft, ist fehlerfrei. Die annähernd genaue Anzeige des Dichte wertes reicht doch völlig aus für unsere Verhältnisse. Wichtig ist doch die reproduzierbarkeit und vergleichbarkeit der Werte und das absolut gute Handling des Refraktometers. Ich denke da an die Spindel attakierende Fische, Einflüsse der Strömung, kleine Becken, "Salzmischfässer" usw.:

Im übrigen: Jeder 20ste Laborwert beim Menschen zeigt einen "krankhaften" Befund an und das bei ultimativer Technik. Das ist die Realität, die man kennen muß! Entscheidend ist der wertende Mensch, der auf Abweichungen im 1-Prozent oder Promillebereich sch....

Kurzum: Ich liebe mein Refraktometer!
Die Ablesegenauigkeit unter BLV 10 000 ist super. Kein Mensch braucht Natriumdampflampen in der Wohnung.

Gruß Bi

Hi Aurora,

... das Studentensein ist schon besser, man kann auch mit weniger Knete glücklich sein und die Bedürfnisspirale wächst halt.
Bei mir sind bisher 4 Spindeln zerborsten, 2 davon durch mich. Wenn man noch ein paar Jahre machen will ist das auch nicht billig. Wie gesagt es geht auch ohne das Ding, aber es schadet niemandem!

Gruß Bi

Hallo Frank,
vielen Dank für deinen interessanten Beitrag.
Da ich ja schon seid jahren messe mitn Refractormeter, is das schon ein bischen seltsam.
Wenn ich mein 300L Fass mit Osmosewasser fülle und dann 10Kg
Salz reinschütte und nach dem Auflössen mit 10 Spindeln messe zeigt mir jede was anderes an zum Teil eklatant verschieden, das Refractormeter aber immer um die 1.023
Naja egal ich werd das Teil nicht weggeben, was so lang gut war, kann so schlecht nicht sein.
Es kann natürlich sein, wenn manche eine viel zu hohe KH,Ca oder Mg haben das diese Ergebnisse verfälscht werden, das leuchtet mir schon ein... aber wer will schon solche Verschiebungen im Becken.
Trotzdem nochmal vielen Dank.
Gruss Th.

Hallo,

auch von mir mal ein Versuch der Aufklärung:

Ein Refraktometer mißt die optische Brechkraft einer Flüßigkeit. Diese wird z.B. durch den Gehalt an diversen Salzen unterschiedlich beeinflusst. Das Salz natürlichen Meerwassers hat auf der ganzen Welt eine sehr stabile Zusammensetzung; dieses Salz besteht zu 85,7 Gewichtsprozenten aus Natrium und Chlorid, der Rest sind andere Ionen.

Zwischen dem Kochsalzgehalt einer Lösung und deren Brechungsindex besteht ein direkter Zusammenhang. Dieser wird benutzt um die Skalen der Refraktometer direkt mit dem Promillewert zu bezeichnen. Die anderen 14,3% Ionen in der Lösung sorgen ebenfalls für eine Lichtbrechung, die sich aber in der Summe ähnlich verhält, wie die von Kochsalz. Deshalb gilt der Promillewert annähernd für den Gesamtsalzgehalt. Ob jetzt ein paar Milligramm mehr Calcium, dafür aber weniger Sulfat im Wasser ist oder anders rum, beieinflußt zwar das Ergebnis, jedoch in einem Bereich hinter dem Komma, der für uns unerschwinglich ist.

Die Genauigkeit von Handrefraktometern wird von Pilson (1) mit 1 zu 70 angegeben. Ein und die gleiche Salinität von 35 kann also mal als 34,5, mal als 35,0 und das nächste mal mit 35,5 gemessen werden. Umgerechnet auf die Dichte wäre das 1.0234 plus/minus 0.0004. Das ergibt eine hinreichende Genauigkeit bis 3 Stellen hinter dem Komma.

Der Salzgehalt ist unabhängig von der Temperatur, 35 Promille sind und bleiben immer 35 Promille, wogegen die Dichte temperaturabhängig ist - je wärmer das Wasser, umso mehr dehnt es sich aus. Das Gewicht bleibt das gleiche, das Volumen wird größer, also wird die Dichte immer kleiner, je wärmer das Wasser wird.

Aus diesem Grund gilt die auf dem Refraktometer angegebene Dichte nur für genau einen Temperaturwert. Beim Greinerschen Instrument ist dies 20°C. Um diesen Dichtewert mit dem Wert von Aräometern vergleichen zu können, einigt man sich auf eine gemeinsame Bezugstemperatur, hier nun 25°C. Dementsprechend muß der Dichtewert des Refraktometers umgerechnet werden. Für uns reicht es, ihn dazu mit dem Faktor 1.0035 zu multiplizieren, das ist genügend genau für 3 Stellen hinter dem Komma.

Quellen:
(1) Michael E.Q. Pilson: "An Introduction To The Chemistry Of The Sea"

Genau!

Gruß Bi

P.S: Auch bei mir: Betteln und Hausieren verboten! Kein Verkauf!

Hallo Thomas,

deine Ausführungen stimmen soweit, wenn man das Refraktometer nur zur Dichtebestimmung von neu angesetztem Salz verwendet, da dort die Konzentrationen und Kombination der Salze bekannt ist. Die Ausführungen stimmen nicht mehr wenn man Beckenwasser testet. Dort enstehen verschiedene Sunstanzen ( Laugen etc) deren Gesamtzusammensetzung nicht mehr bekannt ist, und der Brechungsindex nun nicht mehr in Bezug zur Dichte gesetzt werden kann. Einige Substanzen haben in stark verdünnten Konzentrationen den größten Brechungsindex.

Nur mal so zur Überlegung. Bestimmt doch mal die Dichte von Bergkristall und danach den Brechungsindex. Diese stehen wertemässig, ganz deutlich in keinem Bezug mehr. Viele Flüssigkeuten haben ein spezifisches Gewicht von unter 1. Der Brechungsindex liegt immer ab 1 aufwärts.

Ein weiteres Beispiel: Die Dichte von Kuststoffen und deren Brechungsindex.

Das alles führt ein wenig vom Thema weg, soll aber die Problematik verdeutlichen. Nochmals zur Erinnerung: Ein Refraktometer kann nur den Brechungsindex messen. Das ist physikalische Chemie. Egal was auf der Anzeige steht.

Noch etwas anderes.Ich besitze kein Refraktometer.Von daher die Frage, seit ihr sicher das die Skala eine Dichteskala ist und keine Skala für den Brechungsindex? Die Zahlenwerte sind fast identisch.
Sollte es wirklich eine Dichte Skala sein ( was ich mir kaum vorstellen kann) ist dort einfach ein Umrechnungsfaktor eingeflossen. Dieses Refraktometer hätte dadurch einen stark eingegrenzten Einsatzbereich.
Das sollte man sich bewusst machen.Siehe Ausführung zu dem Beckenwasser.

Dabei kam mir gestern noch eine Überlegung. Wie wird bei dem Refraktometer ATC realisiert? Normalerweise müsste die Probe ja auf die Kalibriertemperatur gebracht werden. Laborgeräte tun das auch. Vielleicht kann mir ja ein Benutzer dazu mal eine Info geben.

Ich möchte jetzt niemanden sein Refraktometer mies machen. Aber man sollte sich schon mit den Problematiken dieser Methode beschäftigen um Fehldeutungen zu vermeiden. Das könnte unter Umständen zu fatalen Folgen führen, durch falsch verstandene Sicherheit der Meßmethode.

Die Dichtebestimmung als einen Parameter für die Aquaristik zu benutzen halte ich auch für äußerst "unglücklich". Obwohl es auch bei Salinität und Leitwert so diverse Probleme gibt. Beim Leitwert arbeite ich mich gerade etwas ein. Auch dazu kann man sicherlich so einiges anmerken. Es ist zumindest eine pH und Temperaturbestimmung notwendig. Die Salinität wird bei elektronischen Messungen zumeist aus dem Leitwert umgerechnet.

Ich weis nicht ob das was hilft, aber ich poste es dennoch mal. Nun ich beschäftige mich mit 3D Rendering verfahren, dort ist der Brechungsindex eines Materials immer Abhängig von der jeweiligen Dichte.
Nehmen wir zum Beispiel normales Leitungswasser das hat einen Brechungsindex von 1.33157 bei 20 °C, die Photonen die das Wasser passieren, werden aufgrund der höheren Atomdichte abgebremst. Verdampftes Wasser hat eine geringe Dichte und einen Brechungsindex von 1.000261 (luft hat einen Brechungsindex von 1.0002926), die Photonen werden aufgrund der geringeren Dichte kaum abgebremst werden dafür zum großteil absorbiert.

Wer will ich hab noch ein paar Links gefunden damit könnt ihr anfangen zu rechnen

http://www.falk-schuch.de/protokolle/ocscript/node72.html
http://www.rbi.informatik.uni-frankfurt.de/~jufo/pp16-2/node5.html
http://www.iskp.uni-bonn.de/gruppen/mommse…nno/node13.html
http://www.achim-juhasz.de/tauchphysik/lex-b.html (scrollen bis brechung)
http://www.uni-potsdam.de/u/phys_gprakt/…ton/nringe.html

MFG
Sascha F.

Zitat

@n Frank D.:
mein Beitrag war absolut ohne irgendwelchen Nachgeschmack und völlig wertfrei gemeint ![/COLOR]

Hi Ralph,

du wirst mich doch mit ein wenig Farbe nicht gleich verschrecken

Du sprichst halt laut und deutlich

Zitat

Original von Jürgen Rathje

Unter Punkt 4 der naja englischen Gebrauchsanleitung
steht:

Die gravierte Linie auf der linken Seite der Scala zeigt das spezifische Gewicht des Natriumchlorids der Flüßigkeit.

Hallo Jürgen,

bezogen auf ein Salz ist die Dichtebestimmung mit einem Refraktometer sehr genau möglich, da der Brechungsindex ja nur durch dieses Salz beinflusst wird.
Unter den Voraussetzungen kann auch die Skala umkalibriert werden.

Hallo Frank,

Zitat

Original von Frank D
Dabei kam mir gestern noch eine Überlegung. Wie wird bei dem Refraktometer ATC realisiert?

ATC - Temperaturkompensation des Refraktometers

Verglichen mit der thermischen Kapazität der rund 200 Gramm des Refraktometers haben die 2-3 Tropfen Meerwasser so gut wie gar keine. Die Temperatur der Messflüßigkeit passt sich in Sekundenschnelle an die des Messgerätes an. Der Einfluss auf die Messung geht also von der Temperatur des Meters aus.

Im Strahlengang des Refraktos sind optische Elemente eingebaut, deren Brechungsverhalten ebenfalls einen Temperaturgang besitzt. Geschickt eingebaut kompensieren sie exakt die Temperaturabhängigkeit der Messung.

Ich hoffe, die Hersteller der Refraktometer wissen was sie tun und statten ein Gerät zur Bestimmung des Salzgehaltes mit der entsprechenden Kompensation aus. Teuer genug sind die Teile ja, sodaß sie eigentlich Geld genug für den entsprechenden Entwicklungsaufwand haben sollten.

Hallo Thomas,

vielen Dank für deine Erklärung. Wird sicherlich bei so kleinen Geräten funktionieren. Dann muß man sicherlich aupassen, wo man das Gerät festhält.

Bei den größeren Geräten aus der Labortechnik ist zur Temperaturkompensation schon etwas Aufwand notwendig.

Hallo Frank
-----------------------------------------------------------------------------
Eigentlich hätten wir durch Überlegung auch selbst darauf kommen können. Da das Refraktometer ja ein optisches Gerät ist, wird die Brechung des Lichtes durch die Salze in der Lösung verändert. Jedes Salz verursacht eine andere Brechung des Lichtes. Einige Salze können einen sehr großen Brechungswinkel erzeugen und zum gesamten Meßergenis der optischen Dichte beitragen, obwohl deren Konzentration an der gesamten Konzentration eher gering ist.

------------------------------------------------------------------------------

Ist es nicht so das die Salze in nicht dissozierter Form dieses Verhalten zeigen?
In dissozierter Form also in ionen Form, gelöst in Wasser, haben sie da wirklich noch den Einfluss auf das Licht ??
Ich meine nicht. Es spielt die Dichte allgemein eine Rolle die zur Lichtbrechung führt.
Ansonsten müsste der Übergang zwischen Licht und Schatten je verschwommener sein je mehr Salze vorhanden sind und umso grösser deren Brechungsindex auseinander liegt. Dem ist nicht so, die Ablesekante ist scharf und linear. Zumal Meerwasser sowieso hauptsächlich aus NaCl besteht eine reine theoretische Überlegung.