Das Vaisala K‑PATENTS® Inline-Refraktometer bestimmt den Brechungsindex (BI) der Prozesslösung. Es misst den kritischen Brechungswinkel unter Verwendung einer gelben LED-Lichtquelle mit der Wellenlänge (589 nm) der Natrium-D-Linie. Das Licht der Lichtquelle (L) in der folgenden Abbildung wird auf die Grenzfläche zwischen Prisma (P) und Prozessmedium (S) gerichtet. Zwei der Prismenoberflächen (M) agieren als Spiegel, die die Lichtstrahlen so biegen, dass sie aus unter verschiedenen Winkeln auf die Grenzfläche treffen.
Die reflektierten Lichtstrahlen formen ein Bild (ACB), in dem (C) der Position des kritischen Strahlwinkels entspricht. Die Strahlen an (A) werden an der Prozessgrenzfläche vollständig intern reflektiert, die Strahlen an (B) werden teilweise reflektiert und teilweise in die Prozesslösung gebrochen. So wird das optische Abbild in einen hellen (A) und einen dunklen Bereich (B) geteilt. Die Position der Grenzlinie (C) gibt den Wert des kritischen Winkels an. Der Brechungsindex kann dann aus dieser Position bestimmt werden.
Der Brechungsindex ändert sich mit Konzentration und Temperatur der Prozesslösung. Bei den meisten Lösungen steigt der Brechungsindex mit zunehmender Konzentration. Bei höheren Temperaturen ist der Brechungsindex kleiner als bei niedrigeren Temperaturen. Daraus folgt, dass sich das optische Abbild mit der Konzentration der Prozesslösung ändert (siehe folgende Abbildung). Die Farbe der Lösung, Gasblasen und nicht gelöste Partikel wirken sich nicht auf die Position der Grenzlinie (C) aus.
Die Position der Grenzlinie wird digital mit einem CCD-Element gemessen und von einem Prozessor im Instrument in einen Brechungsindexwert umgewandelt. Dieser Wert wird zusammen mit der gemessenen Prozesstemperatur zum Berechnen der Konzentration herangezogen.
