Anno della scoperta/invenzione: 1869

 Thomas Young fu presumibilmente lo scienziato ad inventare il termine “indice di rifrazione” nelle scienze ottiche, nel 1807. Egli non solo creò il lemma ma, ridefinì la rifrazione (termine a lui precedente) come un valore unico, sostituendo il precedente numero che prevedeva il rapporto di due quantità. Negli anni successivi, fu definito da diversi simboli: n, m e µ, ma fu n che gradualmente prevalse. Successivamente tale numero venne correlato all’equazione di trasmissione di Cauchy, una relazione empirica tra l’indice di rifrazione e la lunghezza d’onda della luce dei materiali trasparenti. Il matematico francese Augustin-Louis Cauchy, teorizzò questo legame nel 1837. L’indice di rifrazione dei materiali varia con la lunghezza d’onda (e la frequenza) della luce. Questa variabile viene indicata come dispersione e fa sì che prismi dividano la luce bianca nei suoi colori spettrali costituenti (arcobaleni). In alcuni materiali, l’indice di rifrazione dipende dalla polarizzazione e dalla direzione di propagazione della luce. Quando essa si divide, a causa delle proprietà del materiale attraversato,  si creano 2 fasci di luce. La loro divergenza crea una birifrangenza o anisotropia ottica. L’indice di rifrazione di liquidi o solidi può essere misurato con un rifrattometro. In genere, questo strumento misura l’angolo di rifrazione o angolo critico connesso con la riflessione interna totale. Il primo a costruire un rifrattometro fu il fisico, astronomo e imprenditore tedesco Ernst Karl Abbe (1840–1905), nel 1869. Questo marchingegno innovativo venne introdotto in piena rivoluzione industriale, quando molte attività produttive e commerciali di manifattura di massa necessitavano la comprensione costante di alcune proprietà degli oggetti da loro promossi (per esempio il contenuto costante di zucchero in una bibita). Misurando l’indice di rifrazione di una soluzione zuccherina, divenne possibile, ad esempio, determinarne la concentrazione e quindi mantenere il suo livello costante all’interno di tutta la produzione.  Per completare il suo lavoro, Abbe si affidò alle lenti della Carl Zeiss Optical Works di Jena (compagnia famosa a tutt’oggi, per esempio fornisce le lenti per alcuni modelli di cellulare prodotti da Nokia e Vivo). Nel 1874, egli pubblicò l’opuscolo Neue Apparate zur Bestimmung des Brechungs – Zerstreuungsvermögens und fester Körper und flüssiger (Nuovo apparato per la determinazione della rifrazione – potere della dispersione e corpi solidi e liquidi), che descriveva la costruzione e il principio di funzionamento del rifrattometro da lui progettato cinque anni prima. Pochi anni dopo, nel 1881. Zeiss cominciò a commercializzare lo strumento. La costruzione di base dell’apparato originale era simile alle versioni moderne con la differenza di non avere una scala graduata. I primi modelli vennero prodotti solo su richiesta, per clienti speciali e non apparvero nei cataloghi Carl Zeiss prima del 1881. Negli anni successivi, sempre in questi registri di vendita, troviamo fatti importanti su questi prototipi. Ad esempio, i modelli contrassegnati con i codici “N˚ 148 Carl Zeiss Jena” e “Germania “, furono consegnati a JW Queen & Co., un importante rivenditore di strumenti a Filadelfia (USA) il 2 luglio 1890, i quali li rivendettero al Dipartimento di ingegneria chimica dell’Università del Michigan.

Le successive evoluzioni del rifrattometro riguardarono la praticità, facilità d’uso e/o stabilità dello strumento e, conseguentemente, lo sviluppo di strumenti specifici per operatori professionali di diversi campi industriali.

Nel 1888, uscì sul mercato un secondo dispositivo, sempre basato sull’angolo critico, quello creato da Carl Pulfrich (1858-1927), diverso da quello di Abbé, adatto soprattutto per misurare l’indice di rifrazione dei liquidi. Inizialmente, questo nuovo apparecchio fu realizzato da Max Wolz a Bonn, in seguito anche Pulfrich si unì a Carl Zeiss.

Il rifrattometro come strumento stava cambiando lentamente. Mentre il principio generale era (ed è fino ad oggi) sempre lo stesso, col passare del tempo nuovi modelli venivano messi a punto per aumentare la precisione delle misurazioni. Delle modifiche importanti, una delle più significative fu l’introduzione dei prismi incamiciati di temperatura, avvenuta intorno al 1893. La tecnologia continuò a fare dei passi avanti.

La situazione cambiò con il prima conflitto mondiale, quando altri produttori, tedeschi e non, iniziarono a commercializzare i rifrattometri Abbé. Le ragioni erano diverse: una era il trasferimento dei brevetti a nuovi proprietari come parte delle riparazioni di guerra tedesche, l’altra era economica, le aziende che durante il periodo bellico erano coinvolte nella produzione di strumenti ottici per l’esercito, erano alla ricerca di nuovi mercati e i rifrattometri si adattavano al loro profilo produttivo.

La rifrattometria fu inizialmente utilizzata nelle analisi chimiche per determinare le concentrazioni di soluzioni e come ausilio nell’identificazione di sostanze sconosciute. IN seguito le sue applicazioni si ampliarono ed eventualmente divenne utile anche nel campo delle pietre preziose.  Il mineralogista britannico, Henry Miers (1858 –1942), nelle sue lezioni per la Royal Society, nel 1896, sottolineava già l’importanza di considerare non solo la storia o l’interesse artistico delle pietre preziose, ma anche alcune delle loro proprietà più curiose.

Esaminando il loro indice di rifrazione e gravità specifica, Miers dimostrò come strumenti come il goniometro, il rifrattometro, il dicroscopio e il polariscopio contribuivano a determinare l’identità delle gemme.

Nel 1905, in Inghilterra, un altro mineralogista britannico. Il dottor George Frederick Herbert Smith (che lavorava per il British Museum of Natural History) produsse uno dei primi rifrattometri gemmologici, uno strumento specificamente progettato per misurare l’indice di rifrazione delle pietre preziose (questo fu seguito nel 1907 da una versione in ottone più grande).  Smith migliorò strumenti preesistenti per fornire all’industria un mezzo per misurare l’indice di rifrazione di una pietra preziosa in pochi secondi (anche senza rimuoverla dall’incastonatura). Questo fu un momento emozionante di innovazione nel mondo gemmologico. Gli anni successivi l’arrivo del rifrattometro, videro l’introduzione dello spettroscopio nel 1907 e la creazione del primo istituto/associazione di gemmologia, il Comitato Educativo dell’Associazione Nazionale Orafi, nel 1908, (che divenne il Gemmological Association of Great Britain – nome assunto solo nel 1938 – che oggi è conosciuto anche come Gem-A),

Smith pubblicò anche un libro rivoluzionario dal titolo Gemstones (Pietre Preziose) nel 1912, offrendo il primo testo sulle gemme con istruzioni complete su come utilizzare attrezzature specialistiche. Sebbene l’industria delle gemme e della gioielleria fosse un mestiere antico, questa attrezzatura consentiva ai gioiellieri di guardare all’interno delle pietre e questi anni segnano i primi progressi nella gemmologia pratica.

A seguito della prima guerra mondiale i tedeschi furono costretti a pagare risarcimenti di guerra, alcuni dei quali richiesero il trasferimento di brevetti e progetti di apparecchiature prodotte dall’industria tedesca a ditte statunitensi e britanniche. I dispositivi ottici prodotti nelle fabbriche Carl Zeiss a Jena, inclusi i rifrattometri Abbé e Pulfrich furono messi a disposizione da Bausch & Lomb (US) e Adam Hilger (UK), mentre molte aziende che durante la guerra si erano dedicate alla produzione di strumenti ottici per l’esercito con la fine dei conflitti cercarono nuovi mercati. I rifrattometri si adattavano bene al loro profilo di produzione, il che condusse alla produzione di molti nuovi modelli.

La crescente importanza del l’identificazione del rifrattometro nel mondo della gemmologia portò all’introduzione, nel 1925 di nuovo modello, disegnato dal famoso gioielliere–gemmologo BJ Tully. Questa versione utilizzava un emisfero girevole di vetro.

Nel 1931. Robert Shipley, dopo aver ricevuto il Diploma di Gemmologia dalla British Gemmological Association (1929), attraverso un corso per corrispondenza negli Stati Uniti, fondò il Gemological Institute of America (GIA). A metà degli anni ’30 fu affiancato dal figlio maggiore, Robert Shipley Jr, che contribuì a sviluppare una serie di apparecchiature per il test delle gemme che includevano un microscopio, un colorimetro per diamanti, un nuovo rifrattometro e un polariscopio. Negli anni della depressione degli anni ’30 nel Regno Unito, Basil Anderson e CJ Payne svolsero ricerche su varie tecniche di test/identificazione delle gemme. In particolare svilupparono una versione sperimentale aggiornata del rifrattometro di Tully e formularono un nuovo liquido di contatto (una soluzione di zolfo e tetraiodoetilene in diiodometano) che fino a tempi è stato utilizzato in tutto il mondo gemmologico. A seguito di tentativi falliti da parte della Rayner Optical Company, produttrice del rifrattometro Tully, di fabbricare il prisma emisferico in un materiale più resistente del vetro, creò una versione a prisma troncato e inserita in un piccolo strumento progettato da Rayner. Il passaggio da un emisfero a un “tavola” rifrattometro a forma di prisma permise di realizzare un modello in vetro standard meno costoso. Questo design è diventato la base per tutti i futuri rifrattometri Rayner. Nel 1936, il modello Rayner costava $65 (negli USA) mentre il Tully valeva qualsi il doppio, $125. Secondo l’AGA (American Gem Society) il secondo era più grande e forniva risultati più accurati (fonte: G&G magazine dell’inverno 1936).

La fabbrica Zeiss di Jena produsse rifrattometri fino alla distruzione da parte dei bombardamenti alleati durante la seconda guerra mondiale. Alla fine del conflitto, la Germania fu divisa, lo stesso accadde a Carl Zeiss. La fabbrica di Jena si trovava nella zona russa, i russi occupanti trasferirono la maggior parte delle fabbriche Zeiss esistenti e delle attrezzature in Unione Sovietica, insieme a documenti e progetti. La parte occidentale dell’azienda ha quindi iniziato a lavorare su un nuovo dispositivo: un nuovo rifrattometro che utilizzava un unico telescopio sia per il posizionamento del confine tra aree chiare e scure, sia per la lettura dell’indice di rifrazione, che ne rendeva molto più facile l’utilizzo.

Il dottor Herbert Smith, Presidente di Gem-A dal 1942 al 1953 sviluppò, nello stesso periodo, il nuovo modello Herbert Smith che migliorò lo strumento oltre il riconoscimento e fornì all’industria un mezzo per determinare l’indice di rifrazione di una pietra preziosa in pochi secondi (senza nemmeno doverlo rimuoverla dall’incastonatura). Da allora, non ci sono stati grandi mutamenti nella tecnologia di questi dispositivi. La più grande novità nel settore fu l’entrata sul mercato dei modelli cinesi a partire dai primi anni 2000. Alcuni di questi strumenti, anche molto piccoli, possono costare 70-100 dollari, incluso il liquido RI. La maggior parte di essi da’ dei risultati non sempre affidabili, tuttavia alcune compagnie (come per esempio Fable) hanno creato strumenti con design nuovi (e non basati su apparecchi già in esistenza), che competono con quelli di associazioni maggiormente rinomate per il loro costo inferiore.