Der Brechungsindex ist ein wichtiger Materialparameter nicht nur für optische Anwendungen. Bei Gemischen kann über den Brechungsindex die Konzentration der Anteile ermittelt werden. Insbesondere in den Lebenswissenschaften sind berührungslose, optische Verfahren von großem Vorteil, da weder Probenentnahme noch Kontaminationsrisiken entstehen.
In dem abgeschlossenen Forschungsprojekt wurde ein neuer optischer Sensor zur hochgenauen Bestimmung von Brechzahländerungen entwickelt, anhand derer an den Beispielen „Ethanol in Wasser“ sowie „Wassergehalt in Dimethylsulfoxid (DMSO)“ eine Konzentrationsbestimmung ermöglicht wird. Darüber hinaus sollte das Ergebnis auch für Anwendungen in einer Durchflussmesszelle geeignet sein, sodass perspektivisch Anwendungen ohne Probenentnahme adressiert werden können. Das Messprinzip beruht nach Laseranregung auf der Korrelation von Speckle-Mustern, welche mithilfe von Bildsensoren erfasst werden. Hierfür wurden deterministische, also speziell berechnete, optische Diffusoren aus chemisch beständigem Quarzglas bzw. Fused Silica entwickelt.
Das Grafik zeigt eine Korrelationsmatrix (Korrelationskoeffizient der Bilder farbkodiert) für 15 Messungen unterschiedliche Ethanol-Konzentrationen in deionisiertem Wasser (null vol.-% Ethanol [erste 5 Messungen]; 7,41 vol.-% Ethanol [zweite 5 Messungen]; 10,71 vol.-% Ethanol [dritte 5 Messungen]) für einen Messaufbau mit dem neuartigen Brechzahlsensor mit einem deterministischen Diffusor aus Fused Silica.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Neuer Brechzahlsensor“ (NBZ) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.
FKZ: 49MF220065
