Das Refraktometer - Der Umgang
Der richtige Umgang mit dem Refraktometer
Refraktometer sind empfindliche optische Messgeräte die einer pfleglichen Behandlung bedürfen. Damit im Laufe der Zeit die Linsen, Prismen Rückseite und Messskala nicht blind werden ist eine Aufbewahrung bei gleichbleibender Raumtemperatur sinnvoll. Ist das Refraktometer immer wieder größeren Temperaturschwankungen ausgesetzt, beschlagen die optischen Teile im Refraktometer und der Kontrast zwischen der Hell-/Dunkelfläche wird immer geringer, oder die Trennung der Flächen wird immer unschärfer, so dass ein ablesen des Wassergehaltes auf der Skala unmöglich wird. Refraktometer gibt es für die verschiedensten Anwendungen, zur Messung des Wassergehaltes im Honig muss das Refraktometer auch für diese Anwendung geeignet sein. Mit dem Refraktometer wird der Brechungsindex des Honigs gemessen und kann praktischerweise direkt als Wassergehalt in Prozent auf einer Skala abgelesen werden. Ein Messbereichsumfang von etwa 13% bis 25% Wassergehalt reicht für imkerliche Zwecke aus. Eine Einteilung der Skala in 0,1% oder 0,2% Schritten ist sinnvoll, damit ein möglichst genaues Ablesen möglich ist. Die Messung des Wassergehaltes mit dem Refraktometer wird stark von der Umgebungstemperatur beeinflusst. Ist die Raumtemperatur über 20° C wird der Honig dünnflüssiger und damit ändert sich der Brechungsindex, er wird kleiner, und somit der abgelesen Wert für den Wassergehalt größer. Unter 20°C ist der Honig dickflüssiger und der Brechungsindex größer. Bei Temperaturen über oder unter 20°C muss der abgelesene Wert deshalb korrigiert werden (siehe Tabelle). Meist verfügen die Refraktometer heute über eine automatische Temperaturkompensation (ATC). Dann wird die Skala temperaturabhängig mit einem Bimetall nachgeführt und der abgelesene Wert braucht nicht korrigiert werden. Allerdings darf man von Refraktometern mit ATC nicht allzu große Genauigkeit erwarten. Messfehler entstehen z.B. wenn das Glasprisma, und damit auch der darauf aufgetragene Honig, Umgebungstemperatur angenommen haben, aber im inneren des Refraktometers die Temperatur noch nicht die gleiche ist wie die des Glasprismas. Im Inneren befindet sich aber das Bimetall, dass die Messskala nachführt. Genauer, wenn auch etwas umständlicher, sind Refraktometer ohne ATC mit einer Korrekturtabelle für die Temperatur. Grundsätzlich ist darauf zu achten, dass das Refraktometer sich an die Umgebungstemperatur angepasst hat, egal ob mit oder ohne ATC. Also im Arbeitsraum 2-3 Stunden offen liegen lassen, damit es sich an die Raumtemperatur anpasst. Misst man draußen am Bienenvolk, keinesfalls das Refraktometer in der warmen Jackentasche transportieren und dann messen, sondern z.B. im Werkzeugkoffer transportieren (Umgebungstemperatur). Auch draußen muss das Refraktometer an die Umgebungstemperatur angepasst sein, um verlässliche Messungen zu ermöglichen.
Die Messung selbst ist recht einfach durchzuführen. Mit einem Holz- oder Plastiklöffel etwas Honig auf das Prisma geben, keinen Metalllöffel benutzen - das Prisma verkratzt leicht. Auch nicht mit den Fingern den Honig aufbringen – Hautfeuchtigkeit kann das Ergebnis verfälschen. ACHTUNG!- der Honig muss klarflüssig sein und darf keine Kristalle enthalten! Dann die Prismenklappe sorgfältig schließen und andrücken. Der Honig muss die Prismen Fläche komplett bedecken und es dürfen keine Luftbläschen eingeschlossen sein.
Das Refraktometer gegen eine Lichtquelle halten und am Okular die nun gut sichtbare Skala scharf einstellen und an der Grenzlinie zwischen heller und dunkler Fläche den Wassergehalt ablesen.
Hat das Refraktometer keine automatische Temperaturkompensation (ATC), muss nun noch bei über oder unter 20°C der abgelesene Messwert korrigiert werden (Tabelle). Nach der Messung das Prisma und die Prismenklappe mit einem feuchten Tuch und etwas Wasser vom Honig reinigen und dann mit einem trockenen Tuch sauber putzen. In der Regel wird man sein Refraktometer nur bei der Honigernte benutzen. Deshalb sollte es vorher kontrolliert und gegebenenfalls eingestellt werden.
Kalibrierung und Justierung
Mit dem Quarzglasblock
Zwei Möglichkeiten zur Justierung des Refraktometers bieten sich an – Honig oder Quarzglasblock . Wenn zu dem Refraktometer ein Quarzglasblock und ein Kontaktöl, meist Zimt - oder Nelkenöl, gehört, sind die Voraussetzungen ideal, das Refraktometer damit einzustellen. Dazu gibt man einen Tropfen des Kontaktöls auf die glänzende Seite des Glasblocks und drückt diesen dann mittig auf das Glasprisma, so dass der Block nicht mehr verrutschen kann. Die Prismenklappe wird locker auf den Glasblock aufgelegt oder bleibt aufgeklappt.
Das Refraktometer wird dann ins Licht gehalten und der in der Anleitung angegebene Wert kann an der Justierschraube direkt eingestellt werden. Wenn das Refraktometer über keine Justierschraube verfügt, kann man nur eine Kalibrierung vornehmen. Das heißt, der in der Anleitung angegebene Wert wird mit dem tatsächlichen gemessenen Wert verglichen und die Differenz zukünftig bei Messungen berücksichtigt. Beispiel: In der Anleitung zum Kallibrierglasblock steht ein Wert von 19,8%. Bei der bei der Messung des Glasblockes lesen sie jedoch einen Wert von 20,2% ab. Ihr Refraktometer zeigt also 0,4% zu viel an. Bei Messungen müssen sie deshalb 0,4% abziehen, um auf den korrekten Wassergehalt zu kommen. Vorteil des Quarzglasblockes: Der Glasblock hat einen festen Brechungsindex, der anders als bei Flüssigkeiten, nicht durch Temperaturveränderungen beeinflusst wird. Auch wenn die Raumtemperatur nicht genau 20°C beträgt, kann mit dem Glasblock recht zuverlässig das Refraktometer eingestellt werden. Besitzt das Refraktometer eine Temperaturkompensation (ATC), muss die Raumtemperatur allerdings 20°C betragen, da ja das Refraktometer Temperaturunterschiede bei der Messung ausgleicht, aber der Glasblock seinen Brechungsindex nicht verändert, im Gegensatz zu Honig! Nachteil dieser Methode ist die etwas schwierige Handhabung des kleinen Glasblocks. Man muss darauf achten, dass die matte Seite des Blocks nicht mit Öl verschmiert wird und der Block fest genug angedrückt wird, damit er nicht verrutscht.
Kalibrierung und Justierung
Mit Honig
Die zweite Methode bietet sich an, wenn man mehrere Refraktometer einstellen will z.B. im Verein oder auf einer Veranstaltung. Dazu benötigt man einen flüssigen Honig mit bekanntem Wassergehalt. Einen Honig mit bekanntem Wassergehalt erhält man auf folgende Art. Dazu werden zwei Honigproben vorbereitet. Aus einem Honiggebinde jeweils ein Glas möglichst voll machen. Das Gebinde vorher gut durchrühren. Ist der Honig fest, kristallisiert muss der Honig in den Gläsern erst vollständig verflüssigt werden, bis er klar und vollständig kristallfrei ist. Dazu die Menge für beide Gläser im Wasserbad auf ca. 60°C erwärmen bis er klarflüssig, ohne Kristalle ist. Die beiden Gläser befüllen, verschließen und auf den Kopf stellen und abkühlen lassen. Bei einer Probe lässt man in einem Bieneninstitut oder in einem Lebensmittellabor den Wassergehalt bestimmen, kostet nur ein paar Euro. Die andere behält man und kann damit seine Refraktometer einstellen, sobald man den Wassergehalt der Probe vom Labor mitgeteilt bekommt. Refraktometer mit ATC können mit der Honigprobe direkt justiert werden, bei Geräten ohne ATC, wird mittels der Temperaturkorrekturtabelle entsprechend über oder unter 20°C der abgelesene Wert korrigiert und das Refraktometer eingestellt. Vorteil dieser Methode: einfacher geht es nicht. Nachteil: Man benötigt einen Honig mit bekanntem Wassergehalt. Der Honig sollte auch nicht über einen längeren Zeitraum zum Justieren genutzt werden, da jedes Mal beim Öffnen durch Luftfeuchtigkeit sich der Wassergehalt des Honigs im Laufe der Zeit verändern kann.
Kontrolle und Fehler
Bei beiden Methoden – Glasblock oder Honig kann man mit einer zweiten Messung überprüfen, ob das Refraktometer einwandfrei arbeitet. Dazu wird Olivenöl oder Sonnenblumenöl benötigt. Olivenöl hat einen Brechungsindex der einem Wassergehalt von 27% entspricht und Sonnenblumenöl einen der 25,1 % entspricht. Man sollte aber keinesfalls auf die Idee kommen, mit Olivenöl oder Sonnenblumenöl sein Refraktometer zu justieren, auch wenn das in der Vergangenheit häufiger in der Imkerpresse propagiert wurde. Wird das Refraktometer mit Honig oder dem Quarzglasblock eingestellt, kann mit Sonnenblumen- oder Olivenöl kontrolliert werden, ob das Refraktometer über seinen ganzen Messbereich auch korrekt anzeigt. Ein Refraktometer ist ein optisches System, aufgebaut wie ein Projektor/Beamer der ein Bild auf eine Leinwand projiziert und sind Beamer/Projektor und Leinwand nicht genau ausgerichtet, kommt es an den Rändern zu Verzerrungen und Verzeichnungen.
Beim Refraktometer wird hinter dem Prisma das „Bild“ (Hell-Dunkelfläche) durch eine Linse auf die dahinter befindliche Skala projiziert. Sind Linse und Skalenebene genau parallel, kommt es nicht zu Verzerrungen.
Sind Linsenebene und Skala parallel, kommt es zu keinen Abbildungsfehlern und über den gesamten Skalenbereich wird der Wassergehalt korrekt angezeigt.
Sind Linsenebene und Skala aber nicht genau parallel kommt es zu Abbildungsfehlern. Justiert man das Refraktometer bei 20%, so wird der Messfehler um so größer, je weiter die Messung von 20% entfernt liegt. Das ist aber unerheblich, da für uns nur der Bereich um 20% wichtig ist.
Stellt man sein Refraktometer aber mit Olivenöl bei 27% ein, so verfälscht der Abbildungsfehler immer die Messungen in dem für uns relevanten Bereich von 20%. Der Wassergehalt des gemessenen Honigs ist höher, als der am Refraktometer abgelesene Wert. Damit ist die Messung unbrauchbarbar.
Deshalb sind die Kallibrierglasblöcke für Honigrefraktometer aus Quarzglas so gefertigt, dass mit ihnen die Refraktometer, in dem für Imker wichtigen Bereich um 20% Wassergehalt, eingestellt werden können. Es ist einzig und allein wichtig zu wissen, ob der Wassergehalt noch unter 20 % bzw. unter 18 % liegt. In diesem Bereich muss das Refraktometer genau arbeiten. Es ist absolut uninteressant ob 25 % oder 27 % richtig angezeigt werden. Deshalb muss ein Refraktometer immer in dem für den Benutzer relevanten Messbereich (optische Achse, Bildmitte) justiert werden, da es sich um ein optisches Messverfahren handelt, dass am Rand der Projektionsfläche, dem oberen und unteren Ende der Skala, zu optischen Verzeichnungen und Verzerrungen führen kann.
Ein Handrefraktometer ist ein nützliches Hilfsmittel hat aber keinesfalls die Genauigkeit eines professionellen Laborgerätes. Auch waren unsere Imkerväter ohne technische Hilfsmittel in der Lage, reifen Honig mit niedrigem Wassergehalt zu ernten – nur allein durch gute imkerliche Praxis!
