Trước tiên, khúc xạ là hiện tượng ánh sáng hay sóng điện từ bị phản xạ lại khi chạm vào bề mặt phản xạ. Nói một cách đơn giản, ánh sáng bị bẻ cong khi nó đi qua một vật (chất) gì đó. Chất càng đậm đặc (cà phê càng đậm) thì góc phản xạ càng lớn. Hiện tượng này có thể được đo lường rất chính xác và cho ra kết quả là chỉ số khúc xạ (tiếng Anh là refractive index) của một chất.
Máy đo khúc xạ là một công cụ có thể xác định nồng độ của một chất cụ thể trong dung dịch lỏng. Nó sử dụng nguyên lý khúc xạ, mô tả cách ánh sáng bị bẻ cong khi nó đi qua ranh giới giữa môi trường này và môi trường khác. Bằng cách đo mức độ khúc xạ mà một dung dịch gây ra, chúng ta có thể chỉ số khúc xạ của nó, từ đó có thể tính toán giá trị về lượng chất được hòa tan trong dung dịch.
Có nhiều loại khúc xạ kế khác, tuỳ vào ứng dụng, ví dụ như: Khúc xạ độ mặn – cho biết tỷ lệ muối; Brix kế – dùng để đo tỷ lệ sucrose trong dung dịch; Khúc xạ kế kỹ thuật số – dùng cho đo nồng độ chất rắn hoà tan trong các loại thức uống; Khúc xạ kế Abbe – chuyên dùng trong nghiên cứu, thí nghiệm.
Mặc dù có rất nhiều loại khúc xạ kế, với nhiều ứng dụng khác nhau đang có mặt trên thị trường, nhưng nhìn chung, nguyên tắc hoạt động là như nhau. Sau khi cho một vài giọt cà phê lên thấu kính của khúc xạ kế và nhấn nút đo lường. Máy sẽ phát một nguồn sáng chiếu các photon qua một thấu kính về phía bề mặt chất lỏng của giọt cà phê. Khi đó ánh sáng không hoàn toàn đi xuyên qua giọt cà phê, trên thực tế, một phần tia sáng này chỉ chạm vào bề mặt phân cách chất lỏng- thủy tinh và phản xạ ngược trở lại cảm biến. Nếu mẫu có chỉ số khúc xạ càng cao thì góc phản xạ càng lớn và ngược lại. Cảm biến sẽ nhận ánh sáng phản xạ trở lại ở đâu đó dọc theo chiều dài của nó, và bằng cách xác định nơi ánh sáng chiếu vào máy dò, góc phản xạ – nó có thể tính được chỉ số khúc xạ, và thực hiện một số phép tính theo lập trình để cho chúng ta biết thông số tổng nồng độ chất rắn hoà tan trong giọt mẫu.
Một vấn đề khác mà tất cả các máy đo khúc xạ kế đều gặp phải, đó là các yếu tố sai số. Nhiệt độ là một trong các biến số ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ của mẫu, thay đổi cách ánh sáng truyền qua mẫu. Tương tự như việc nước nóng trong ấm đun nước chiếm nhiều thể tích hơn nước lạnh. Ngoài ra, bất kỳ loại chất rắn không hòa tan nào (nói đơn giản là cặn lơ lửng trong dịch chiết) củng sẽ ảnh hưởng đến tỷ trọng của chất lỏng và phải được loại bỏ để đo lường chính xác.
Khác với các máy đo khúc xạ điện tử, một máy đo khúc xạ đơn giản (và chỉ bằng 1/10 chi phí) được nông dân trồng cà phê thường xuyên sử dụng để ghi lại nồng độ sucrose trong quả cà phê của họ được gọi là máy đo Brix (hay Brix kế). Một độ Brix (°Bx) tương đương với 1 gam sucrose trong 100 gam dung dịch, và được thể hiện dưới dạng phần trăm tổng khối lượng của mẫu. Nhưng chất dịch quả cà phê không đơn giản chỉ có đường sucrose tinh khiết & nước, nên chỉ số Brix chỉ là giá trị gần đúng. Nhìn chung, vào mùa khô, độ Brix của cà phê có thể lên đến 26°; trong khi đó vào mùa mưa, nó sẽ vào khoảng 18°, và thường không quá 32°.
Trong số này, các khúc xạ kế kỹ thuật số đã được áp dụng rộng rãi từ năm 2010 trở đi sau những đổi mới của nhiều nhà phát triển trong ngành công nghiệp cà phê. Độ chính xác của các thiết bị thường trong khoảng ± 0.02% TDS, chưa kể nó có thể tự động tính toán tỷ lệ chiết xuất (%Ey) trên mỗi lần đo. Điều này làm cho khúc xạ kế trở thành một công cụ rất tiện dụng cho các chuyên gia cà phê.
