Er is een nieuw toestel op de markt dat de traditionele refractometer zou kunnen opvolgen.
Laten we eens kijken wat dit wondertoestel wel is en op welk principe het werkt.

De Wet van Brewster

Het verschijnsel werd ontdekt door Sir David Brewster(1781-1868) die de wet in 1812 vastlegde.

Wanneer een invallende lichtstraal het oppervlak van een dichter medium raakt, en de gereflecteerde straal een hoek vormt van 90° met de bijhorende gebroken straal in dat medium, zullen alleen die stralen die gepolariseerd zijn in het vlak van dat oppervlak gereflecteerd worden.
Hetzelfde effect krijg je met een verticaal gepolariseerde zonnebril die de glans op een horizontaal reflecterend oppervlak zoals de zeespiegel zal vermijden.

De tangens van de Brewsterhoek zal overeenkomen met de brekingsindex van het medium.

Het toestel

Vanaf 1979 werden meerdere experimentele toestellen ontwikkeld met lasers en elektronische aflezing direct als brekingsindex.
De kostprijs was telkens een grote hindernis.

De GAGTL Brewsterhoek-meter gebruikt een solid-state laser in het rode gebied op 670nm als lichtbron.
Meer wenselijk zou zijn dat een lichtbron van 589.3nm(natriumlicht) zou kunnen gebruikt worden, doch de kost is te hoog.
Het voordeel van de 670nm laser is dat een onderscheid kan gemaakt worden tussen strontiumtitanaat en diamant die beiden bijna dezelfde brekingsindex hebben op 589.3nm.

De laser in opgesteld op een draaibaar platform dat in een boog rond de testopening kan zwenken door middel van een knop die gekalibreerd is in graden (van 54-72°).

De gereflecteerde lichtstraal afkomstig van een edelsteen die op de testopening ligt, gaat door een verticaal gepolariseerde filter en komt dan op een doorschijnend scherm.

Door de laserstraal te draaien zodanig dat het beeld van het gereflecteerde licht op het punt komt van minimum helderheid (op dit ogenblik heeft men de Brewsterhoek) kan de hoek word afgelezen en vergeleken op een tabel.

De reden dat het toestel geen directe brekingsindex geeft is om te vermijden dat er verwarring ontstaat met de 'echte' brekingsindex op 589.3nm.
Voor stenen met een zeer hoge reflexie is het moeilijk om een goede aflezing te bekomen, daarom heeft men een bijkomende polarisatiefilter geplaatst achter het oculair.
Door te draaien kan dan de hoeveelheid licht worden gedoseerd tot er genoeg is om de minimum intensiteit te kunnen zien.

Specificaties

Het meetbereik loopt van 1.40 tot 3.10 en de Brewsterhoek kan gemeten worden met een nauwkeurigheid van 0.2° aan het laagste schaaldeel en 0.4° aan de top van de schaal.
Dubbelbreking kan gemeten worden door de steen telkens 30° te draaien, maar het het is zeer moeilijk waarden te meten beneden 0.2°, wat overeenkomt met een DB van 0.01.

Het toestel is zeer geschikt om stenen met hoge RI te meten.

Brewsterhoek    Soort steen

55.0-55.3       Vuuropaal
57.0-57.1       
Kwarts
58.2-58.5       Toermalijn
59.5-59.8       Spinel (nat)
60.3-60.4       Korund
60.6-61.4       Zirkoon (laag)
60.8-61.0       Granaat-spessartien
61.2            Yag
61.8            Granaat-demantoïd
61.4-63.0       Titaniet
62.0-63.0       Zirkoon (hoog)
62.3-62.4       Scheeliet
62.9            GGG
64.8-65.1       CZ
65.6-66.2       Lithiumniobaat
66.5-66.9       Strontiumtitanaat
67.4            Diamant
69.0-69.3       Synthetisch Moissanniet
68.2-70.2       Synthetisch Rutiel

Vergeleken met de klassieke refractometer heeft dit toestel het voordeel van een groot meetbereik, men hoeft geen contactvloeistof, en het oppervlak van de steen moet niet zo perfect glad te zijn.

Om een exacte RI te verkrijgen die vergelijkbaar is met deze op 589.3nm kan volgende formule worden gebruikt :

RI op 589.3nm = Tan Ag + ((670.0-589.3) / (686.7-430.8)) x Dg
RI op 589.3nm = Tan Ag + 0.3154 x Dg

Ag= Brewsterhoek steen
Dg= Dispersie steen gemeten tussen 686.7 en 430.8nm.

Veiligheid

Kostprijs

Bespreking

De meeste gemmologische labo's beschikken nu over reflectometers van diverse makelij die vrij goed voldoen voor stenen met een RI groter dan 1.8.
Met de gangbare instrumenten, die er toch sowieso nodig zijn voor determinaties beneden de 1.8, is een goede analyse mogelijk.

De aflezing van de dubbelbreking is mijns inzien ook niet nauwkeurig genoeg om onderscheid te kunnen maken tussen kritische stenen.

Het prijskaartje is voor de beperkte toepassing wel aan de hoge kant.
Misschien kan, door toepassing van gevoelige lichtdetectoren, de meetfout verkleind worden maar alleszins zal dan de kostprijs nogmaals omhoog gaan.

Literatuur:

• A new Brewster-angle meter for gem identification, R.R.Harding,P.G.Read, N.W. Deeks. Journal of Gemology 1999,26,8,539-542.
• Physics : D.Halliday and R. Resnick