Cuando se pone un lápiz en el agua, la punta del lápiz aparece inclinada. Luego, si se hace lo mismo pero colocando el lápiz en una solución de agua azucarada, la punta del mismo aparecerá más inclinada. Este es el fenómeno de la refracción de la luz.
¿Qué son los refractómetros?
Los refractómetros son instrumentos de medición, en los que éste fenómeno de la refracción de la luz se pone en práctica. Ellos se basan en el principio por el cual, cuando aumenta la densidad de una sustancia (por ejemplo: cuando se disuelve el azúcar en el agua), el indice de refracción aumenta proporcionalmente. Existen dos tipos de refractómetros en función de la detección del índice de refracción; sistemas transparentes y sistemas de reflexión. Los refractometros portatiles y los refractómetro Abbe usan los sistemas transparentes, mientras que los refractómetros digitales usan los sistemas de reflexión.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA TRANSPARENTE.
·En la figura de abajo la detección es hecha utilizando el fenómeno refractivo producido en el limite del prisma. El indice de refracción del prisma es mucho mas grande que el del ejemplo.
·si la muestra es de baja concentración, el ángulo de refracción es grande (vea "A") debido a la gran diferencia en el índice de refracción entre el prisma y la muestra
·Si la muestra es concentrada, el ángulo de refracción es pequeño (vea "B") debido a la pequeña diferencia en el índice de refracción entre el prisma y la muestra.
El sistema de refracción para el refractómetro digital (sistema de reflexión) se detallará mas abajo. En la figura debajo, haz de luz A, que incide desde la parte baja izquierda del prisma, no es reflejada por el limite, pero pasa a través de la muestra. El haz de luz B se refleja por la cara derecha, directamente a lo largo del límite del prisma. El haz de luz C, incide en un ángulo demasiado grande para pasar a traves de la muestra, si no que es totalmente reflejado hacia el lado bajo y derecho del prisma. Como resultado, la línea límite es producida dividiendo la luz y la sombra en el otro lado de la línea punteada B en la figura. El ángulo de reflexión de esta línea es proporcional al índice de refracción, la posición de la línea límite entre la luz y los campos oscuros son captadas por un sensor y convertidas en índices refractivos.
UNIDAD DE MEDIDA (BRIX)
La Escala de Medición (%) muestra el porcentaje de concentración de los sólidos solubles contenidos en una muestra (solución de agua). El contenido de los sólidos solubles es el total de todos los sólidos disueltos en el agua, incluso el azúcar, las sales, las proteínas, los ácidos, etc., y la medida leída es el total de la suma de éstos. Básicamente, el porcentaje Brix (%) se calibra a la cantidad de gramos de azúcar contenidos en 100g de solución de azúcar. Así, al medir una solución de azúcar, Brix (%) debe ser perfectamente equivalente a la concentración real. Con soluciones que contienen otros componentes, sobre todo cuando uno quiere saber la concentración exacta, una tabla de conversión es necesaria.
Está diseñado para probar profesionalmente la concentración de muchos tipos de soluciones como: Jugos, Bebidas, Miel, Agua Salada, Fluido Vital, Alcohol, Leche y uvas, además de Fluidos para Limpieza, Fluidos para Baterías, Anticongelante y Fluidos Industriales, etc.
Es un instrumento óptico de precisión y manejo sencillo, que se basa en la refracción de la luz al pasar por un prisma.
1. Prisma
2. Cubre objetos
3. Tornillo de ajuste
4. Tubo espejo
5. Ocular
El instrumento mide el índice refractivo de la muestra. y presenta el resultado en partes por millar ( 0/00 ) y gravedad específica (d 20/20).
1. Ajuste a cero
Coloque agua destilada en el prisma; suficiente para cubrir el prisma completamente.
Cierre el cubre objetos y gire el tornillo de ajuste de manera que el límite claro/oscuro (conocida como la línea de sombra) se alinee con la línea de cero. Después del ajuste a cero, limpie el prisma con un paño suave.
2. Preparación de la muestra y lectura
Para tomar una lectura, coloque unas cuantas gotas del líquido de la muestra en el prisma de medición. Asegure agregar suficiente solución para cubrir todo el prisma.
Cierre el prisma para distribuir el líquido sobre toda la superficie del prisma sin burbujas de aire o puntos secos (vea el siguiente diagrama). Deje la muestra sobre el prisma durante aproximadamente 30 segundos.
Sostenga el instrumento bajo una fuente de luz, mire a través del ocular. La concentración de sal se determina por la intersección de los campos claro y oscuro (conocida como la línea de sombra) en la escala impresa. El lado izquierdo de la escala indica la gravedad específica y el lado derecho las partes por millar. Si la escala aparece fuera de enfoque, ajuste el ocular girando la porción moleteada.
Además, el instrumento presente un escudo ocular para prevenir que entre luz al ocular y ocasione reflejos.
Puede ser necesario ajustar la posición de la fuente de luz para aumentar el contraste de la línea de sombra. Bajo condiciones normales, el contraste óptimo se logra sosteniendo el instrumento bajo y perpendicular a una fuente de luz.
Una vez tomada una lectura, seque con un paño seco (no lave o enjuague) y coloque el instrumento en su estuche de plástico. Guarde el instrumento en un ambiente seco y seguro.
Temperatura es el factor singular de mayor importancia que afecta las lecturas del refractómetro y es una de las mayores fuentes de error en la medición. Sin embargo, este dispositivo incorpora compensación automática de temperatura y se alivia la preocupación por las variaciones de temperatura en las muestras de líquidos. Cando la temperatura ambiente varía de 20°C (68°F), automáticamente se ajustan las lecturas para compensar por la variación de temperatura entre 10°C a 30°C (50°F a 86°F).
Los refractómetros pueden ser de distintos tipos pero la mayoría se basan en el mismo principio. El principio básico de un Refractómetro está acorde con la Ley de Refracción.
Los refractómetros requieren de su calibración, con el objeto de conocer el error y la incertidumbre del instrumento y de ésta forma asegurar la calidad del producto, dando cumplimiento a los requisitos del sistema de calidad del laboratorio. Otro aspecto importante que se deriva de mantener los refractómetros calibrados, es detectar un mal funcionamiento que puede ser anticipadamente corregido sin afectar el proceso por falla del instrumento.
Pasos para el uso del refractómetro.
¿Cómo funciona un refractómetro Abbe?
El refractómetro Abbe es el “abuelo” de todos los refractómetros modernos; fue desarrollado en 1869 por Ernst Abbe y sirve para determinar el índice de refracción. Gracias a su sencillo funcionamiento y su fiabilidad, todavía tiene cabida en los laboratorios. Las muestras sólidas o pastosas se miden con la misma facilidad que las líquidas. Para ello, el refractómetro hace uso del principio de refracción total, el cual tiene lugar en la capa límite entre el prisma y la muestra. El índice de refracción del prisma determina el límite superior del rango de medición, ya que este debe ser siempre mayor que el de la muestra.
Las muestras sólidas se cubren con un fluido de contacto con propiedades definidas, mientras que las muestras con un índice de refracción muy alto, como p. ej. las piedras preciosas, se deben analizar con un refractómetro especial para piedras preciosas.
Otra gran ventaja de los refractómetros Abbe es su capacidad de poder efectuar no sólo mediciones de muestras solidas, sino también de masas y de muestras teñidas y turbias.
Partes del refractómetro:
1.Ocular 2. Ensamble de iluminación de la muestra 3. Perillas de abertura del prisma 4. Prisma secundario 5. Prisma principal 6. Termistor 7. Ensamble de la iluminación de la escala 8. Caja desecadora 9. Conexiones de entrada y salida de agua para el control de temperatura l0. Tornillo de ajuste 11. Perilla de compensación de color 12. Perilla de medición 13. termómetro.
Calibración:
1. Colocar de 2 a 3 gotas de agua destilada en la superficie del prisma principal con una jeringa.
2. Cierre el prisma secundario y observa a través del ocular.
3. Ajusta la escala, a 1.333 ( Brix 0%).
Técnica de calibración del refractómetro.
En toda la técnica refracta métrica es necesario realizar calibraciones periódicas del instrumento. Como patrones para este fin se utilizan líquidos puros como agua ( nD 20=1.3330). Tolueno (nD 20=1.4969), y metilciclohexano (nD 20=1.4231). Estos dos últimos compuestos obtenerse del National Bureau of standard como muestras certificadas con índices de cinco decimales a 20, 25 y 30°C y para cada uno de siete longitudes de onda. Puede emplearse también como referencia una pieza de vidrio de prueba, proporcionada con muchos refractómetros. La diferencia entre el índice de refracción del patrón y la lectura de la escala del instrumento se aplica como una corrección aritmética en las determinaciones posteriores. Alternativamente, con el refractómetro de Abbe puede ajustarse mecánicamente el objetivo del telescopio de modo que el instrumento indique el índice de refracción apropiado para el patrón.
La termobalanza se utiliza para determinar la cantidad de agua contenida (como % de humedad) en muestras de materia orgánica. Este equipo consiste en una balanza electrónica y un módulo calefactor, la balanza se encarga de medir el peso de la muestra orgánica mientras se le aplica calor para evaporar el agua que contiene. El cálculo de la humedad se determina por la pérdida de peso que sufre la muestra después de ser sometida al proceso de calentamiento.
Cuenta con un menú para programar el tiempo y la temperatura deseada, también dispone de un puerto serial y un programa de cómputo para obtener una gráfica de la cinética de secado de los experimentos realizados. El equipo consiste en una balanza electrónica y un módulo calefactor, la balanza se encarga de medir el peso de la muestra orgánica mientras se le aplica calor para evaporar el agua que contiene. El cálculo de la humedad se determina por la pérdida de peso que sufre la muestra después de ser sometida al proceso de calentamiento. En los modelos actuales esta información se obtiene también de manera gráfica en la pantalla del equipo, para visualizar tiempo, temperatura y peso. La finalización de la prueba puede ser automática, cronometrada o manual.
Puesta en funcionamiento de la termobalanza
Cuando usted vaya a poner en funcionamiento la termobalanza debe de tener en cuenta ciertas precauciones como a la hora de abrir la cámara de secado de la termobalanza
La carcasa de la cámara de secado 3 se calienta hasta +40 ºC y la parte superior de dicha cámara hasta +60 ºC. Se prohíbe cualquier contacto de la cámara de secado de la termobalanza durante el proceso de secado debido al riesgo de sufrir graves quemaduras.
1. Realice el desembalaje de la termobalanza con mucho cuidado. El plato protector para los platillos de pruebas, las sujeciones para los platillos y los platillos para el pesado de pruebas están envueltos por separado.
2. Coloque la termobalanza sobre una base estable. Observe que en el lugar elegido no se produzcan vibraciones mecánicas y circulaciones o corrientes de aire.
3. Nivele la termobalanza con la ayuda del pie ajustable 9 girándolo en ambas posiciones hasta que la burbuja del nivel 10 se encuentre exactamente en el centro de la marca que puede visualizar en el cristal
4. Abra la cámara de secado de la termobalanza 3 tirando hacia arriba del asidero que se encuentra en la parte anterior de la carcasa previsto para ello. A continuación coloque el plato protector 4 para los platillos de pruebas, colocando el plato protector en los tres puntos previstos para ello 8. Después deberá colocar la sujeción para el plato 5. Tenga en cuenta que el pie de la sujeción 5 tiene que estar exactamente acoplado en el de la termobalanza previsto para ello.
5. Coloque el platillo para pruebas 7 en la sujeción del plato con asidero 6. A continuación coloque el platillo para pruebas que se encuentra en el plato protector con asidero sobre la sujeción correspondiente 5.
6. Cierre la cámara de secado 3 y conecte la termobalanza con el componente de red original a una toma de corriente a 230 V.
7. Al conectar la termobalanza a la fuente de alimentación, se inicia de forma automática una serie de auto controles. Una vez finalizado el proceso de estabilización, la termobalanza se poner a cero. A continuación se activa el proceso de calentamiento de forma automática, que se indica en forma de mensaje en la pantalla. Una vez finalizado el proceso de calentamiento, la termobalanza se encuentra lista para su uso.
8. No debe utilizar la termobalanza para pesar materiales ferromagnéticos. En el caso de utilizarlo para ello, no podemos garantizar la precisión del pesado.
Partes de una termobalanza:
La microbalanza electrónica
El horno y sus sensores de temperatura
El programador de temperatura
El controlador de caudal
El dispositivo para almacenar datos.
Calibración
El calibrado de la temperatura se puede realizar de dos modos. El primero de ellos es válido para cualquier equipo y consiste en realizar experimentos con sustancias cuya curva de descomposición es conocida, como el oxalato cálcico y compararla con la curva obtenida. Este proceso se debe realizar con varias sustancias en distintas condiciones, con el objetivo de evitar errores.
El segundo de los modos de calibrado es algo más complejo y no válido para cualquier equipo, puesto que es necesario un campo magnético cercano a la muestra. En la termobalanza se ponen los metales en el portamuestras y se lee el cero. Después se sitúa el imán cerca de la muestra de forma que se lea un incremento de peso.
Es un instrumento usado en la física óptica que sirve para medir, en función de la longitud de onda, la relación entre valores de una misma magnitud fotométrica relativos a dos haces de radiaciones. También es utilizado en los laboratorios de química para la cuantificación de sustancias y microorganismos. Hay varios tipos de espectrofotómetros, puede ser de absorción atómica o espectrofotómetro de masa.
Componentes de un espectrofotómetro: 1.Fuente de luz: Ilumina la muestra. Debe cumplir con las condiciones de estabilidad, distribución de energía espectral continua y larga vida. Las fuentes empleadas son lámpara de tungsteno y lámpara de arco de xenón.
2. Monocromador: Para obtener luz monocromática, constituido por las rendijas de entrada y salida, colimadores y el elemento de dispersión. El monocromador aísla las radiaciones de longitud de onda deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto.
3. Fotodetectores: En los instrumentos modernos se encuentra una serie de 16 foto-detectores para percibir la señal en forma simultánea en 16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Esto reduce el tiempo de medida, y minimiza las partes móviles del equipo. Este instrumento tiene la capacidad de proyectar un haz de luz monocromática a través de una muestra y medir la cantidad de luz que es absorbida por dicha muestra.
Esto le permite al operador realizar dos funciones:
1. Da información sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra.
2. Indica indirectamente que cantidad de la sustancia que nos interesa está presente en la muestra. También mide la absorbancia de una muestra en los espectros de luz ultravioleta. La longitud de onda. La longitud de onda es determinada por un prisma que descompone el rayo de luz de acuerdo a la longitud de onda escogida. Luego la luz pasa por una hendidura que determina la intensidad del haz. Este haz atraviesa la muestra y llega a un tubo fotográfico, donde es medido. La cantidad de luz que atraviesa la muestra es el porcentaje de tramitación. Una característica del instrumento es la necesidad de “blanquear” el aparato antes de cada lectura. Esto se hace colocando una cubeta con una solución control que tenga todos los componentes de la reacción menos la sustancia que va a ser medida en el instrumento. El propósito de esto es eliminar el registro de absorbancia que puedan presentar los demás componentes de la reacción a esa longitud de onda particular. Todas las moléculas presentan absorbancia porque todas interfieren con el paso de la luz. Sólo que la absorbancia será óptima a una longitud de onda de luz específico para cada tipo de sustancia.
Uso correcto: El espectro fotómetro está diseñado para ser utilizado en cualquier superficie plana y rígida. Se requiere una toma de corriente en un radio de aproximadamente dos metros. El lugar de trabajo deberá estar limpio, protegido de la luz solar directa y de corrientes de aire, a temperatura aproximadamente constante y libre de interferencias eléctricas. La temperatura ambiente deberá estar comprendida en el rango 1º a 35 grados.
MÉTODOS FOTOMÉTRICOS DE ANÁLISIS
1. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
La Radiación Electromagnética es una forma de Energía radiante que se propaga en forma de ondas. En este fenómeno ondulatorio se define:
a) Longitud de onda (l): es la distancia entre dos máximos de un ciclo completo del movimiento ondulatorio. Se expresa, según el S.I. en nanómetros (nm) y sus equivalencias son: 1nm = 1mm =10 A0 = 10-9 m.
b) Frecuencia (n): es el número de ciclos por segundo. Es inversa a la longitud de onda. Su fórmula es: n = c/l, y se mide en ciclos por segundo o hertzios.
c) Fotones: la luz está formada por fotones, y estos son paquetes discontinuos de E. La E de un fotón depende de la frecuencia y de la longitud de onda, según la siguiente expresión: E = h x n = h x c/n (h = Cte. de Planck = 6,62.10-27erg/seg.). La Energía Electromagnética se mide el Ergios. La relación entre la longitud de onda y la Energía es inversa, por lo tanto a menor longitud de onda mayor Energía y viceversa.
d) Espectro Electromagnético: cubre un amplio intervalo de E radiante, desde los rayos g de longitud de onda corta hasta las ondas de radio, de longitud de onda larga. Se divide en varias regiones, las más interesantes para nosotros son:
· Región Ultravioleta: l = 10-380 nm
· Región Visible: l = 380-780 nm
· Región Infrarroja: l = 780-30.000 nm
En la Región Visible, la luz se descompone en colores. La luz blanca contiene todo el espectro de longitudes de onda. Si interacciona con una molécula puede ser dispersada o absorbida.
2. FENÓMENOS DE INTERACCIÓN ENTRE LUZ Y MATERIA
A. FENÓMENO DE ABSORCIÓN
Cuando una partícula que se encuentra en estado de reposo o estado fundamental interacciona con un haz de luz, absorbe E y se transforma en una partícula en estado excitado. La molécula absorbe la E de la onda y aumenta su energía, y ese aumento de energía es igual a la E de la Radiación Electromagnética absorbida (E = h.n). La partícula en estado excitado tiende a volver de forma espontánea a su estado de reposo desprendiendo la E absorbida en forma de calor.
“Espectro de Absorción”. Cada especie absorbente, que recibe el nombre de cromógeno, tiene un determinado espectro de absorción. El espectro de absorción es un gráfico donde se representa en ordenadas la Absorbancia y en abcisas la longitud de onda. La medida de la cantidad de luz absorbida por una solución es el fundamento de la espectrofotometría de absorción.
Por eso es importante trabajar a la longitud de onda a la que la sustancia estudiada absorbe la mayor cantidad de luz (a mayor cantidad de luz, mayor cantidad de sustancia).
B. FENÓMENO DE EMISIÓN
Algunos compuestos, tras ser excitados por la luz, vuelven al estado fundamental produciendo la emisión de energía radiante. En este caso, lo que se mide es la energía emitida y, en este fenómeno se basa la “fotometría de llama” o la “fluorescencia”.
3. LEYES DE ABSORCIÓN
Cuando un haz de luz pasa a través de un medio, se registra una cierta pérdida de intensidad, debido a la absorción por parte de la sustancia.
Se llama “TRANSMITANCIA (T)” a la relación entre la luz incidente y la luz transmitida:
T = Is / I0 ; %T = (Is / I0 ) x 100.
Se puede perder intensidad por la interacción con la cubeta o el solvente. Para evitar este error se hace una primera medida con una solución de referencia o BLANCO, que contiene todos los posibles compuestos que intervienen en la lectura menos el que vamos a medir. Todas las medidas que se hagan con posterioridad serán referidas a esta medida inicial y se harán en la misma cubeta que se utilizó en la medida del blanco.
La Transmitancia se usa poco, se emplea más la Absorbancia (A) porque la relación entre A y la concentración de una solución es directamente proporcional y la de la T es inversamente proporcional.
La relación entre la absorbancia y la transmitancia es la siguiente:
- Si el %T = 100 A = 2-log T = 2-log 100 = 0
- Si el %T = 0 A = 2-log 0 = ¥
En los aparatos que se usan actualmente se presentan absorbancias, pero el aparato lo que mide realmente es %T que luego transforma a absorbancia.
3.1. LEY DE BEER
“La absorbancia de una solución es directamente proporcional a la concentración y a la longitud del paso de la luz”.
A = e . b. c
Siendo:
A: absorbancia. No tiene unidades.
e: el coeficiente de extinción molar, también llamado coeficiente de absorción. Es constante para un compuesto dado siempre que se fijen condiciones de longitud de onda, de pH, de temperatura, de solventes, etc. Sus unidades son 1/ (mol/cm).
b: es la longitud de paso de la luz, en cm.
c: es la concentración del absorbente. Se mide en mol/L.
La aplicación práctica de la Ley de Beer es, que conociendo la absorbancia de una sustancia podemos averiguar su concentración y esto lo podemos hacer de dos formas:
1. Por comparación con una solución conocida: si tenemos 2 soluciones, una problema (P) y una estándar (S), podemos establecer la siguiente relación matemática entre ellas:
2. A través de una curva de calibración: la curva de calibración es la representación gráfica en un eje de coordenadas de la Absorbancia (eje de ordenadas) frente a la Concentración (eje de abcisas). Se ensayan varias soluciones de concentración conocida y se determinan sus A, construyéndose la curva de calibrado, que es una recta. Una vez ensayadas las soluciones problemas, su concentración se averigua por interpolación de las A de las soluciones problema en la curva de calibración.
Hay que tener en cuenta la LINEALIDAD, que es el intervalo de concentraciones del cromógeno entre las cuales existe una relación lineal entre Absorbancia y Concentración.
Cuando la concentración del cromógeno sobrepasa los límites de linealidad se deja de cumplir la Ley de Beer, convirtiéndose la recta en una curva. La lectura de la Absorbancia fuera de los límites de linealidad se traduce en una concentración falsamente baja de cromógeno. En esta situación, hay que diluir la muestra para que su concentración entre en los límites de la linealidad.
· Empleo de los Factores de Calibración: Para reactivos estables y sistemas fotométricos estables, este factor se puede mantener constante, siendo sólo necesario ensayar las muestras problema multiplicando la A resultante por el factor F.
4. ESPECTROFOTÓMETRO
Se distinguen dos tipos de aparatos:
· Fotómetro o Colorímetro: se caracterizan porque utilizan filtros que solo permiten el paso de una determinada longitud de onda.
· Espectrofotómetros: utilizan cromadores. Con ellos se obtiene un haz de luz monocromático cuya longitud de onda se varía a voluntad. Los monocromadores pueden ser de dos tipos: prismas y redes de difracción.
En la calibración del espectrofotómetro, una solución de referencia se utiliza a cero el equipo. Esta solución proporciona una base o punto cero. El aparato se calibra mediante la colocación de la solución de referencia dentro del espectrofotómetro, la reducción a cero a cabo los ajustes, y ejecutar el instrumento. Luego, las muestras de un material de prueba real puede ser sometido a la espectrofotometría en la confianza de que la máquina ha sido calibrada y funciona correctamente.
En un espectrofotómetro de haz simple, un rayo de luz se genera, y el dispositivo debe ser calibrado para cada uso. En un espectrofotómetro de doble haz, las vigas se pueden enviar a través de una muestra y una muestra de referencia, al mismo tiempo para generar dos conjuntos de resultados que pueden ser utilizados como referencia y calibración. En cualquier caso, la calibración del espectrofotómetro se puede hacer en el laboratorio por alguien que trabaja con la máquina. Si la máquina se desarrolla problemas graves, puede ser enviado al fabricante para el mantenimiento, reparación y reemplazo potencial. Para que un espectrofotómetro para funcionar correctamente, se le debe permitir hacer calentamiento antes de usar. Muchos dispositivos alrededor de 10 minutos para calentar. Es importante evitar la realización de la calibración del espectrofotómetro durante la fase de calentamiento, ya que esto tire la configuración de apagado. También es importante ser conscientes de que para ciertos tipos de longitudes de onda, filtros especiales y accesorios pueden ser necesarios para que el dispositivo funcione.
