Voor het determineren van een mineraal, een kristal of van een geslepen edelsteen is de refractometer een zeer handig instrument. Iedereen kan hier mee aan de slag, even een beetje oefenen en daarna is het meten van de brekingsindex geen enkel probleem meer.
Het instrument is klein en handig om ook mee te nemen. Een eenvoudig instrument, zonder al te veel toeters en belle
n, geen moeilijke instellingen en het heeft geen 220Volt nodig. Een zaklampje als lichtbron.
Duur ? : De prijs voor een refractometer wordt grotendeels bepaald door de kwaliteit van oa de gebruikte optica. Er zijn ook goedkope Chinese varianten, rond de €150,- 
Een topmerk is natuurlijk de refractometer van het Duitse merk Krüss. Voor een uitvoering van Krüss betaal je tussen de € 1000,- en €1500,- Tweedehands is een optie, verderop enige tips daarvoor.
https://kruess-shop.de/en/products/gemstone-refractometer
Achtergrond, praktische tips en wat voorbeeld metingen.
Wanneer licht, een lichtstraal door een materie gaat, bijvoorbeeld door glas of door water dan wordt de lichtstraal door dat materiaal afgebogen, we noemen dat ook wel het licht wordt gebroken.
De mate waarin het licht wordt afgebogen is afhankelijk van het materiaal waar het licht doorheen gaat. Iedere soort edelsteen, mineraal of kristal heeft zijn eigen specifieke brekingsindex. Deze is feitelijk afhankelijk van de kristalstructuur en de chemische samenstelling van die steen.
Van alle stoffen en dus ook van (edel) stenen is de brekingsindex ( n ), ook wel het Engelse: refractive index (r.i) bekend. Je vindt ze in handboeken over edelstenen en in speciale tabellen op internet etc.
Voor wie meer wil weten over de wetten van het licht, de voortplantingssnelheid van licht door materie, de fysische achtergrond, hoek van inval, reflectie, grenshoek en de Wetten van Snellius, etc,etc. Theoretische verdieping, boeken vol, een studie van jaren is mogelijk. Internet geeft zeer veel info.
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Snellius
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Brekingsindex
- https://gemologyproject.com/wiki/index.php?title=Refractometer
Met deze gemmologie refractometer, speciaal gemaakt voor edelstenen, kun je die specifieke brekingsindex meten. De enige voorwaarde is dat de edelsteen enigszins licht moet doorlaten en goed contact maakt met de refractometer. Een plat vlak is perfect, met enige oefening kun je ook de r.i van bv een cabochon meten.
Zo’n plat vlak vinden we moeilijk op de ruwe stenen, ideaal zijn de kristalvlakken van het mineraal of op bijvoorbeeld de facetten van een geslepen steen. Het meten van de brekingsindex, refractie index, is niet alleen een prima meetmethode om te bepalen welke edelsteen of mineraal het is, maar ook of we te maken hebben met echte edelsteen, of een prachtige vervalsing van glas oid.
Voor het meten met de refractometer maken we gebruik van een lichtbron van 589,3 nm
Licht bestaat uit een breed spectrum van kleuren. Ieder kleur heeft zijn eigen golflengte. Voor iedere kleur, golflengte is de breking door een edelsteen o.i.d. ietsje anders. Kleuren aan de randen van het kleurenspectrum worden juist meer of juist minder afgebogen. Dat is ook de oorzaak waarom we s’avonds een rode zonsondergang zien en niet groene. Nu zal, bij metingen met wit licht, waarin alle kleuren en golflengten bij elkaar zitten, het niet anders zijn, ieder kleur geeft andere meetwaarden. Dus met “wit” licht hebben we een niet betrouwbare meting.
Meten met één golflengte is belangrijk, de internationale afspraak is dat we meten met het licht van één golflengte van: 589,3 nm, de D-lijn, dat is “geel” licht. Deze monochromatische lichtbron plaatsen we achter de refractometer. Die golflengte van 589,3 nm zit midden in het spectrum van het licht wat wij met ons oog kunnen waarnemen, ons oog is daar ook zeer gevoelig voor. Vroeger, met name in laboratoria, kon men deze golflengte van deze gele kleur al vrij snel overal zelf maken d.m.v. een lamp achter een rondbodemkolf te zetten die gevuld was met een oplossing van zout; natriumchloride , men kreeg dan een zgn. sodium D line.
Het meten van refractie wordt in de chemische en medische wereld nog veel toegepast. Maar ook de wijnboer of imker die zo het suikergehalte kan bepalen met een refractometer.
Zelf een lichtbron maken van 589,3 nm
Tegenwoordig is het vrij eenvoudig om zelf zo’n lichtbron van 589 nm te maken met spotgoedkope led’s. Koop bij de elektronicawinkel losse leds met de golflengte van 589 nm en soldeer die in een goedkoop led zaklampje o.i.d. Het moeten wel leds zijn met een hoge licht opbrengst en een redelijk smalle openingshoek, dat geeft een mooie bundel. En als u zelf aan de knutsel gaat. Leds hebben een “plus en min” aansluiting, dus bij het monteren en solderen daar wel rekening mee houden. Prijs van zo’n ledje… schrik niet ca € 0,25….
Hoe plaatsen we het kristal op de refractometer.
Om goed te meten moeten we de (edel)steen met het platte vlak op het prisma, 
meetvenster van de refractometer plaatsen en met een druppeltje contactvloeistof tussen de het steentje en het meetvenster. Als we zouden meten zonder gebruik te maken van die contactvloeistof, dan zal de minimale ruimte tussen het prisma en de edelsteen, een dun laagje lucht, er voor zorgen dat de meting heel moeilijk wordt. De lichtstralen worden door dat laagje lucht juist zo afgebogen dat ze niet meer in ons kristal komen. Feitelijke gaat het niet lukken om nauwkeurig de brekingsindex te bepalen.
Dit meetvenster is de bovenkant van een soort prisma, een hemi-cilinder. 
In de refractometer is dit een omgekeerde halve bol met boven een kleine venster waarop we het te meten steentje plaatsen. Dit venster is zeer kwetsbaar, beschadigingen aan dit oppervlak zorgen voor een slechte of zelfs geen meting. Een edelsteen plaatsen op dit venster doen we dan ook met een plastic pincet of met de vingers (handschoenen aan). Of met de techniek om het steentje eerst naast het venster te plaatsen, in een drup van de contactvloeistof en dan het steentje te verschuiven op het meetvenster.
Het drupje contactvloeistof kunnen we aanbrengen via het druppelstaafje, plastic pipetje. Of met een houten cocktailprikker. In ieder geval niet met een metalen staafje of metalen pincet!
Ps: Zo’n plasticpipetje is ook handig om de vloeistof weer op te zuigen voor het geval dat het flesje met de dure contactvloeistof omvalt…..grrrrr
De contactvloeistof 
We moeten dus een contactvloeistof gebruiken, een soort immersie olie zoals je ook bij de microscoop gebruikt. Een voorwaarde voor deze contactvloeistof, immersie vloeistof is een hoge brekingsindex: n = 1,70 tot n = 1,80. We willen dat het licht in de steen komt en niet door een vloeistof, stel water, met een kleine r.i juist afbuigt en niet de steen bereikt. Echter vloeistoffen met een hoge r.i zijn allemaal moeilijk te maken. Deze contactvloeistof is dan ook erg giftig en stinkt vreselijk! De immersie olie bestaat uit chemische verbindingen van methyleen-jodide, zwavel, broom of zelfs arsenicum. (In oude gemmologie boeken staan nog recepten…) Dus uitkijken! Niet aan de handen, huid e.d.. Ik gebruik altijd wegwerp latex handschoenen en vermijd contact met de huid. En vooral handen wassen kan geen kwaad. Safety first.
Daarnaast zijn de flesjes erg prijzig. 10 gram = 3,2 ml met een r.i van n = 1,81 tussen de € 50,en €150,- tja…
Goed schoonmaken.
Na de meting maken we het venster weer schoon met een zacht papiertje, tissue of met speciaal lenspapier. Beetje water is geen overbodige luxe, direct ook weer droog maken. 
Ik ben zeer voorzichtig met oplosmiddelen. De immersie vloeistof direct verwijderen na de meting, deze vloeistof kristalliseert nl als hij opdroogt en die ( Zwavel) kristallen kunnen, bv bij het schoonvegen, het meetvenster daarna weer beschadigen. En reinig ook het kristal of het steentje wat je hebt gemeten..
Wanneer u een tweedehands refractometer koopt controleer dan of de conditie van het meetvenster goed is. Zonder krassen ed.. Je zou dat weer kunnen polijsten, maar daar heb ik geen ervaring mee.
Een andere mogelijkheid is natuurlijk om de refractometer te testen met een bekende r.i waarde. Dat kan een kristal zijn uit eigen verzameling of je maakt gebruik van een paar ijkplaatjes. Herkomst internet of op een mineralenbeurs.
Het meten van enkele- of een dubbele brekingsindex.
Tijdens de groei, de bouw van het kristal worden de moleculen gerangschikt in een kristalvorm. Een kristallijn mineraal heeft door die specifieke opbouw, optische assen, ook wel de optische oriëntatie genoemd. Het licht, niet-gepolariseerde lichtstraal, dat door dit kristal, via deze moleculen en de atomen door de materie heen beweegt gaat met verschillende snelheden. Een lichtgolf bestaat uit twee golfvormen; een horizontale en een verticale golf. Deze golven worden in het kristal afgebogen. Die optische A,B of C-assen van het kristal zorgen ervoor dat ook de brekingsindex ietsje kan variëren. Zo’n kristal heeft dan ook, door die optische assen, verschillende brekingsindexen. Die liggen feitelijk wel vlak bij elkaar, maar we meten een klein verschil. Waardoor we dan ook weer kunnen bepalen welke edelsteen het is.
Een extreem voorbeeld is calciet, het “IJslands veldspaat”. Door de dubbele breking, verschuift de tekst achter een kristal en is daardoor twee maal leesbaar.
Toermalijn, n = 1.618 met de schaduwlijn van de dubbele breking
Toermalijn n = 1.638 met de schaduwlijn van de dubbele breking
Bij sommige kristallen van toermalijn, laat de C-as geen licht door… dus voor het facetteren zijn die stenen minder geschikt. Toermalijn heeft een brekingsindex tussen de n = 1,614 en n = 1,666, en de dubbele refractie is ( 0,014 – 0,032 ). Je ziet dan in de refractometer een tweede schaduw lijn. Deze dubbele breking, in het Engels de: bi-refringence zorg oa voor de schittering van de edelsteen.
We meten die verschillen, dubbele breking, eenvoudig door het kristal of steentje te draaien., bv 90 0 Of bij een kristal een ander vlak kiezen of juist dat vlak ook weer te draaien en daarna te meten.
Bij een edelsteen, via de kroon, bv het tafel-facet. De steen 90 0 draaien op het meetvenster, soms is het even zoeken naar een maximum en minimale waarde. Afhankelijk van de slijpvorm, meten we dan een klein verschil. De waarde van deze dubbele breking staat ook weer vermeld in de tabellen.
Niet ieder edelsteen of mineraal heeft een dubbele breking.
Fluorriet, spinel en granaat heeft geen dubbele refractie, nl bij kristallen uit het kubische kristal stelsel, vorm is er maar één r.i. Dat geldt dan ook voor bv. diamant, of synthetische zirkoon. En natuurlijk heeft glas ook geen dubbele breking, immers is glas amorf en heeft geen kristal opbouw. Dit zijn dan ook zgn. isotrope kristallen.
Fluoriet, heeft maar één brekingsindex n= 1.438
Ook het gebruik van een polarisatie filter zal geen verschil geven in een andere brekingsindex bij deze mineralen. Een polarisatie filter is een filter wat het licht ontleedt en één soort golf. Zie verder in de tekst. Test dit fenomeen met twee polaroid zonnebrillen of glazen die we boven elkaar houden en dan 90 graden draaien. Ze laten dan geen licht meer door. Zoals eerder in de tekst; licht bestaat uit golven, horizontale en verticale golven. Een polarisatie filter filtert één van die “gepolariseerde” golven eruit. Zoals een polaroid zonnebril ook de schittering van zonlicht in water verwijderd.
Dubbele breking.
Echter veel andere kristallijne mineralen en edelstenen hebben wel een dubbele breking. De anisotrope mineralen hebben allemaal wel een dubbele breking: De tetragonale en hexagonale kristallen zoals; natuurlijk zirkoon, apatiet en beryl hebben bij meting met de refractometer twee licht-donkergrenzen omdat ze dubbelbrekend zijn. Twee optische assen.
Ook mineralen uit de kristalstelsels ortho-rombisch zoals; topaas en peridoot. Monokliene vormen; jade en spodumen en uit de triklien kristalvormen; het calciet, IJslands glas. Al deze kristalvormen hebben twee of zelfs drie optische assen die ook weer verschillende brekingsindex hebben.
Hieronder een Excel bestand met Brekingsindex waarden. Van laag naar hoog, zodat je na een meting in de tabel het mineraal er bij kunt vinden. Wil je liever de lijst op alfabet, pas dan de lijst zelf aan in Excel.
Hier een lijst met de Brekings Index van mineralen en edelstenen.
Bij meting is een dubbele brekingsindex herkenbaar aan de schaduw vlak bij de te meten waarde. Wil je ook die Schaduw scherp aflezen, correct meten, dan gebruiken we een polarisatie filter. bv door een glas uit een polaroid zonnenbril, of koop bij de fotozaak een vlak plastic polarisatie filter, beetje knippen en plakken en maak je eigen filter. Bij gebruik van het beweegbare polarisatiefilter op het oculair van de refractometer kan je één van de lijnen weg filteren en blijft nog één waarde duidelijk afleesbaar. Vaak moet je de steen een aantal keren meten om de minimale en maximale waarde bepalen, de steen draaien, andere vlakke meten ed. Vaak en veel meten is zeker weten…
Het correct aflezen van de refractometer is soms lastig. Zeker bij het meten aan cabochon geslepen stenen. Een methode daarvoor is om het tijdens het aflezen het hoofd iets op en neer te bewegen, dichtbij maar ook met enige afstand de r.i. waarde proberen af te lezen.
Een ander handig hulpmiddel wat ik tegenwoordig ook veel gebruik is de hulp van een digitale microscoop verbonden met een usb kabeltje aan je pc of laptop. Een super goedkoop ding, via een Chinese website, Geek of Wish voor ca € 10,- . Maak zelf een eenvoudig plastic verloopje en monteer dit op de refractometer.Ik heb de kunststof lens van deze digitale microscoop verwijderd en de led verlichting in deze Chinese electronica microscoop is ook niet nodig.
De versterking is 50 tot 500 keer, en beetje onzin voor ons gebruik. Met de regelbare focus, scherpte instelling geeft het een prachtige plaatje op de pc. Met een print-screen, scherm afbeelding toets in Windows en een knip-programma, bewaar ik de gevonden waarden. Wat wil een mens nog meer.
Meten is weten maar dan moeten we wel weten hoe te meten.
Al die gemeten waarden geven bij elkaar een goed beeld van het kristal. Feitelijk is één snelle, losse meting geen goede meting. De mogelijke meetfouten eisen dat je een aantal metingen moet doen om echt zeker te zijn. Fouten ontstaan door allerlei oorzaken; de kwaliteit en de nauwkeurigheid van de refractometer, de juiste aflezing en het meten van de juiste optische assen etc. Dus noteer alle waarden, doe een paar keer dezelfde meting, neem daar het gemiddelde van en interpreteer de waarde. In combinatie met andere waarnemingen, dichtheid, vorm kleur ed kun je daarna een redelijk zeker oordeel vellen over de edelsteen of mineraal. Het is tenslotte ook een leuke puzzel om een mineraal of edelsteen juist te determineren.
succes, Wietse Smit
