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Digitalrefraktometern wird der kritische Winkel der Totalreflexion in Reflexion gemessen. Lichtquelle und Fotodetektor befinden sich auf der gleichen Seite der Probe. Dabei sind Lichtquelle, Prisma und Fotodetektor so zueinander ausgerichtet, dass es, sofern keine Probe auf dem Prisma vorliegt, über die gesamte Fläche des Prismas zu einer Totalreflexion kommt. Befindet sich eine Probe auf dem Prisma, findet die Totalreflexion nicht mehr über die gesamte Fläche des Prismas statt. Zwei Beispiele gemessen bei 20°C: Bei einer Wasserprobe auf einem Saphirprisma beträgt der kritische Winkel der Totalreflexion 49°. Bei einer Probe mit Honig (Wassergehalt 18%) beträgt der kritische Winkel der Totalreflexion 57°. Auf dem Fotodetektor entsteht ein beleuchteter und ein unbeleuchteter Bereich. Der Winkel, ab der Totalreflexion entsteht, trennt die zwei Bereiche erkennbar ab, wodurch der Brechungsindex ermittelt werden kann. Der Brechungsindex gibt Aufschluss über die Reinheit einer Substanz, nicht aber über die genaue Zusammensetzung. Bei Honig ist die Lichtbrechung abhängig vom Wassergehalt. Je höher der Wassergehalt, desto schneller ist die Lichtgeschwindigkeit im Honig, desto kleiner der Brechungsindex. Digitalrefraktometer arbeiten mit Reflexionslicht, das bedeutet: Das Licht muss die Probe nicht durchqueren. Dadurch haben Farbe-, Textur oder Beschaffenheit der Probe nur einen geringen Einfluss auf die Messung. Selbst vermeintlich anspruchsvolle Proben wie Marmeladen können mit einem Digitalrefraktometer vermessen werden.