REFRACTOMETRÍA

Docente: Carla De Angelis
Curso: T.I.A. 5º
REFRACTOMETRÍA
El índice de refracción es una constante física de interés teórico y práctico. Puede utilizarse como
criterio de identificación o pureza de una sustancia; permite, entre otras aplicaciones, determinar
la concentración de determinadas sustancias disueltas en solución.
FUNDAMENTO DEL REFRACTÓMETRO DE ABBE
La determinación del índice de refracción mediante el uso del refractómetro de Abbe aprovecha la
formación del ángulo límite (o ángulo crítico) luego de que la luz incidente atraviesa la sustancia X
e incide en el prisma rectangular.
De acuerdo al esquema, si el rayo S incide en el
punto I, paralelo a la cara BC del prisma (con un ángulo de 90º respecto a la normal) y rasante a la
superficie de separación entre ambos medios (sustancia X – prisma), se refractará en el prisma con
un ángulo de refracción llamado ángulo límite (L). Luego continuará su trayectoria dentro del
prisma y al llegar a la cara AB se refractará nuevamente y abandonará el prisma formando un
ángulo α con la normal a dicha cara (S’).
Cuando incide un rayo P en el punto I, con un ángulo
de incidencia menor de 90°, forma dentro del prisma un ángulo de refracción L´ menor que el
límite (L). De este modo el rayo alcanza la cara AB en I´´, un punto situado a la izquierda de I´.
Esto es válido para cualquier otro rayo que incida en la cara BC con un ángulo menor de 90°. Por lo
tanto el rayo S define la situación extrema de refracción en el prisma. El rayo emergente de la cara
AB del prisma señala el límite de separación entre las regiones de luz y sombra. Si un observador
se encuentra situado mirando la cara AB de esquema, visualizará a través del anteojo del
refractómetro dichas zonas de luz y sombra:
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En el refractómetro se mide entonces el valor del ángulo α. Luego, conociendo el índice de
refracción del prisma (N) y su ángulo de refringencia (ω) se puede determinar el valor del ángulo
límite (L) y finalmente, mediante la ecuación de Snell, calcular el nX de la sustancia en estudio.
Al medir con un refractómetro no se leen valores de ángulo α; la escala del mismo está graduada
en valores de índice de refracción o de concentración, esto último sólo para determinadas
sustancias
DESCRIPCIÓN DEL REFRACTÓMETRO DE ABBE
El refractómetro consta de dos prismas rectangulares de vidrio flint (P1 y P2) que se encuentran
montados en una armadura metálica, enfrentados sobre sus hipotenusas según el siguiente
esquema, de modo que entre ambas capas queda un espacio de 0.13 mm donde se coloca la
sustancia cuyo índice de refracción se quiere determinar.
Los prismas se acoplan con un sistema de cierre (generalmente una bisagra de un lado y un
tornillo calante del otro) de forma tal que el dispositivo queda herméticamente cerrado. Este
dispositivo está provisto de una cremallera, la cual es accionada por un tornillo que permite que
los prismas puedan rotar; a la par se mueve sincrónicamente una barra metálica que contiene una
escala graduada.
El sistema óptico del refractómetro posee un espejo para reflejar luz proveniente de una fuente de
iluminación, y un anteojo formado por: una lente objetivo, una lente ocular, un retículo enfocable
y los prismas de Amici. El retículo tiene forma de círculo y está cruzado por dos líneas.
Al observar por el retículo, se visualizan zonas de luz y sombra separadas por la
línea límite luz – sombra delimitada por el rayo emergente de la cara AB del prisma
El índice de refracción es un número adimensional, obtenido a partir del cociente de velocidades o
de longitudes de onda. Consecuentemente en su determinación influirá la fuente de luz empleada.
Se puede usar una fuente de luz monocromática, o sino luz blanca.
Como luz monocromática, la más comúnmente utilizada, es la luz amarilla proveniente del vapor
de sodio (λ = 589 nm). Se han estandarizado los índices de refracción para sodio que se expresan
como nD, donde D identifica dicha longitud de onda.
Por otra parte, la luz blanca es el resultado de la suma de radiaciones de diferentes longitudes de
onda correspondientes al visible. Si se ilumina el refractómetro con luz blanca, al atravesar el
prisma se produce el fenómeno de difracción de la luz, que se visualiza en el retículo como una
serie de bandas de distintos colores en la zona de separación luz-sombra. Esta situación no
permitiría determinar correctamente la verdadera línea de separación de estas regiones. Para
solucionar este inconveniente, el refractómetro posee en el interior del anteojo un sistema de
prismas, denominado prismas de Amici, que recomponen la luz antes de llegar al ocular,
obteniendo así una correcta visualización de la línea divisoria luz - sombra.
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MODO DE USO DE LOS REFRACTÓMETROS
1- Sobre la superficie perfectamente limpia y colocada en forma horizontal de uno de los prismas
depositar con el frasco gotero unas gotas del líquido a medir (3 gotas son suficientes).
2- Apoyar sobre el primer prisma el otro prisma, ajustándolo con el mecanismo que el aparato
dispone para ello (perilla C)
3- Verificar que no hayan quedado burbujas (se visualiza en el retículo del anteojo), si las hay,
cargar el líquido nuevamente.
4- Iluminar con luz blanca o monocromática (según el refractómetro) y mirar a través del
ocular. Rotar la perilla A hasta que la línea de separación de luz y sombra coincida con el
centro de la cruz del retículo.
5-Si la zona de separación luz – sombra no es nítida (se observan los colores del espectro por
refracción de la luz blanca) se debe corregir girando hacia un lado o hacia el otro la perilla (B)
que mueve los prismas compensadores o prismas de Amici.
6- Leer en la escala el valor del índice de refracción correspondiente a la línea vertical que
atraviesa la escala principal.
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7- Luego de realizar la lectura, separar los prismas (perilla C), y limpiarlos con papel
absorbente, dejando ambos prismas completamente secos antes de colocar cualquier otro
líquido a medir.
CONSIDERACIONES SOBRE LAS ESCALAS
La escala de índice de refracción tiene un rango de medida entre 1,3 y 1,7.
La escala a utilizar durante el trabajo práctico o escala principal es la que se encuentra en la
parte inferior y es la que mide directamente el índice de refracción de la muestra. La escala
superior o secundaria sirve para medir concentraciones de distintas sustancias (glucosa,
proteínas) o densidades dentro de un determinado rango donde se sabe que existe una
relación proporcional entre el índice de refracción y la concentración o densidad de dichas
sustancias.
Para leer la escala principal, tener en cuenta que entre
1,330 y 1,340 hay un total de 20 divisiones, por lo tanto la sensibilidad que aporta la escala es
de 0,0005. En el ejemplo dado, la lectura correspondiente es 1,3320.
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