Benutzer:Loist2011/Quarzplatten zur Überprüfung von Polarimetern
Quarz, auch Tiefquarz oder α-Quarz genannt, ist ein Mineral mit der chemischen Zusammensetzung SiO2 und trigonaler Symmetrie. Durch die Kristallisation des Quarzes in einer enantiomorphen Struktur wird die Schwingungsebene des Lichtes, das einen Tiefquarz in Richtung der c-Achse durchquert, gedreht.
Die chemische Stabilität von Quarz ist äußerst hoch, er ist unlöslich in Wasser und lässt sich nur von Flusssäure und Sodaschmelzen angreifen. Die optische Transmission reicht von 160 nm bis 3000 nm. Die optische Aktivität (Drehung der Polarisationsebene des Lichtes) ist von der Wellenlänge, Temperatur und Dicke des Quarzes abhängig. All diese Eigenschaften - hohe Härte, chemische Beständigkeit, exzellente optische Transmission zusammen mit der natürlichen optischen Aktivität (linksdrehend sowie rechtsdrehend) - machen Quarz zu einem idealen Material zur Überprüfung von Polarimetern.
PTB-Quarzplatten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
In der Tat ist Quarz in Form von Quarzplatten als allgemein akzeptierter Standard weltweit bei Herstellern sowie Nutzern von Polarimetern täglich im Einsatz.
Diese Quarzkontrollplatten haben in Abhängigkeit von ihrer Dicke und Temperatur sowie der Wellenlänge des verwendeten Lichtes definierte Drehwerte. So lässt sich durch Anpassen der Dicke jeder beliebige Drehwert erzeugen und kann mit einem Präzisionspolarimeter bestimmt und mit einem Kalibrierschein dokumentiert werden.[1] Die in Braunschweig ansässige PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) ist als einzig anerkannte staatliche Stelle für diese Erstzertifizierung von Kundenquarzen ausgerüstet.
Die Kalibrierung bei der PTB erfolgt nach den Empfehlungen der ICUMSA (International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis) oder OIML (Organisation Internationale de Métrologie Légale).[1] Eine dortige Kalibrierung besteht aus einer Vorprüfung, in der die grundsätzliche Kalibrierfähigkeit geprüft wird - die Quarzkontrollplatten müssen hinsichtlich ihrer Abmessungen, optischer Reinheit, Ebenheit, Planparallelität und Achsenfehler die erforderlichen Mindestanforderungen erfüllen. Im Anschluss daran wird der eigentliche Messwert, die optische Drehung, mit dem bei der PTB vorhandenem Präzisionspolarimeter bestimmt. Die erzielte Messunsicherheit liegt hier bei 0,001°.).[1]
Solche Quarze dienen wiederum Premium-Herstellern als Primärstandards zur Überprüfung der eigenen Produktion von Präzisionspolarimetern.
Prüfung mittels Quarzplatten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Allerdings weist auch Quarz - wie alle natürlichen, aber auch künstlichen Kristalle - optische Fehler auf. Dies können neben Zwillingsbildung, Versetzunglinien, Einschlüsse aber auch Achsenfehler sowie Inhomogenitäten sein. Solche Fehler wirken sich in der polarimetrischen Anwendung negativ auf die Messung aus. Da der Durchmesser des Messstrahls in einem modernen Polarimeter zwischen 1 mm und 6 mm variiert, sowie dessen Intensitäts-Profil sich innerhalb des Probenraumes zusätzlich ändern kann, sind bei einem Quarz mit optischen Fehlern je nach Position im Probenraum sowie Rotation um die eigene Achse veränderliche Messwerte zu erwarten. Auch die Justage des Lichtstrahls relativ zu der Probenraumaufnahme innerhalb eines Polarimeters (siehe Foto Probenraum eines Polarimeters), auf welche meistens die Küvetten aufgelegt werden, kann unter Umständen einen Messfehler verursachen.
Daher sollten bei der Überprüfung eines Polarimeters mittels einer Quarzplatte in jedem Fall mehrere Messungen in verschiedenen Positionen durchgeführt werden. Das sogenannte „Taumeln“ - wenn also der Quarz in seiner Halterung nach und nach um bis zu 360° gedreht und dabei der Messwert beobachtet wird - zeigt insbesondere die optischen Fehler der Quarzplatte auf. Es ist daher absolut unerlässlich, die Qualität der Quarzplatten mittels eines solchen „Taumeltests“ genau zu untersuchen. Diese Überprüfung ist nach ICUMSA ein wichtiger Bestandteil der Überprüfung des "Gesamtsystems Polarimeter + Quarzplatte“ und sollte grundsätzlich bei jedem Polarimeter möglich sein.[2]
Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
- ↑ a b c Andreas Fricke, PTB Braunschweig: „Polarimetrische Kalibrierung von Quarzkontrollplatten ‘“, 2010.
- ↑ ICUMSA Method SPS-1 (2009), Chapter 7.5 - ICUMSA „Polarimetry and the International Sugar Scale“, 2010.