ANÁLISIS INSTRUMENTAL

26/03/2014

La Química Analítica, se ocupa de los métodos para la determinación química de la materia.

Estos métodos pueden agruparse en:CuantitativosCualitativos

Pueden ser métodos clásicos que son los más básicos y utilizados desde el principio de la química.

Métodos Instrumentales, en donde se utilizan aparatos más complejos.

SEÑAL MÈTODO

Emisión de radiación Espectroscopia de emisión (rayos X, visible, de electrones, Auger); fluorescencia, fosforescencia y luminiscencia (rayos X, UV y visible)

Adsorción de radiación Espectrofotometría y fotometría (rayos X, UV, visible, IR); espectroscopia foto acústica; resonancia magnética nuclear y espectroscopia de resonancia de espín electrónico.

Dispersión de la radiación Turbidimetría; nefelometría; Espectroscopia Raman.

Refracción de la radiaciónRefractometría; Interferometría

Difracción de la radiación Métodos de difracción de rayos X y de

Electrones Rotación de la radiación Polarimetría; Dispersión rotatoria óptica;

dicroísmo circular Radiactividad

Métodos de activación y dilución isotópica

REFRACTOMETRÍREFRACTOMETRÍAA

Katia Eunice Leyton Katia Eunice Leyton 20142014

OBJETIVOS:

Comprender los principios básicos de la Radiación electromagnética, la Velocidad de

la luz, el Índice de refracción, la Ley de Snell y las variables que afectan el índice de refracción.

Conocer los diferentes instrumentos que miden índice de refracción.

Enlistar y describir los componentes básicos de un Refractómetro.

Nombrar las aplicaciones de la Refractometría en el análisis químico cualitativo y cuantitativo de alimentos y medicamentos.

REFRACTOMETRÍA

RadiaciónRadiación ElectromagnéticaElectromagnética

FENÓMENOS DE LA RADIACIÓN

Radiación de Luz

AbsorciónRefracción

Transmisión

Reflexión

VelocidadVelocidad dede lala LuzLuzLa luz se propaga a

una velocidad tan grande que se pensó se propagaba instantáneamente.

La Velocidad de la luz es la mayor que se conoce.

Su valor en el vacío es 2,997925x108 m/s, prácticamente:

3x108 m/s ó 3x1010cm/s

Velocidad de la LuzVelocidad de la LuzSu máximo valor

corresponde al vacío, y en cualquier otro medio su velocidad va a ser menor.

La velocidad de la radiación disminuye debido a la interacción de las moléculas ,iones o átomos con la radiación electromagnética.

REFRACCIÓN :REFRACCIÓN : Es el cambio de dirección que experimenta la radiación electromagnética al pasar de un medio a otro de diferente densidad.

Índice de RefracciónÍndice de RefracciónLa radiación o un haz de luz interacciona con la materia y por ello el índice de refracción de un medio es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse en éste cuando se compara con la velocidad de la luz en el vacío.

INDICE DE REFRACCIÒNINDICE DE REFRACCIÒN

Dicho cambio de velocidad se Dicho cambio de velocidad se manifiesta en una variación en la manifiesta en una variación en la dirección de propagación.dirección de propagación.

Ley de SnellLey de Snell

Sen θ1 = cte. , n = sen θ1

Sen θ2 sen θ2Esta cte. es característica de ambos medios

y por lo tanto para cada par de sustancias tiene un valor diferente.

Índice de RefracciónÍndice de Refracción

n =

c0 ------

v

n : índice de refracción del medio en cuestión co : velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s) v : velocidad de la luz en el medio en cuestión

Cada medio, cada material posee un índice de refracción característico (n) que mide la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en la sustancia.

Se calcula mediante la siguiente fórmula:

Indice de RefracciònIndice de Refracciòn

LEY DE SNELL:n1 senθ1 = n2 senθ2

donde n1 y n2 son los índices de refracción de cada medio, θ1 y θ2 son los ángulos incidente y refractado respectivamente.

*

Índice de RefracciónÍndice de RefracciónSUSTANCIAS

ISOTRÓPICAS.

Aquellas que tienen

un solo índice de refracción

SUSTANCIAS ANISOTROPICAS

Aquellas que

tienen más de un índice

de refracción.

*

Índice de Refracción Índice de Refracción AbsolutoAbsoluto

Índice de Refracción Índice de Refracción RelativoRelativo

La razón entre la velocidad de propagación en el medio 1 y

en el medio 2

n1 senθ1 = n2 senθ2

Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío, el índice de refracción tendrá un valor siempre mayor que 1 .

En el vacío: n=1 , en otro medio: n>1

REFRACCIÒN ESPECÌFICAREFRACCIÒN ESPECÌFICAEs una medida del medio electrónico

de una sustancia analizada.n depende de la densidad y puede ser

afectado por la disposición de los electrones en el medio que atraviesa la radiación.

r = n2 - 1 . 1 n2 +2 *La refracción específica es muy útil como medio para la

identificación de una sustancia y como un criterio de su pureza.

REFRACCIÒN MOLARREFRACCIÒN MOLAREsta es valiosa en estudios estructurales

y para proporcionarnos conocimientos sobre la naturaleza de los enlaces químicos y puede calcularse de 2 formas:

a) Matemáticamente: R = r . PM (mL/mol)

b) Sumatoria de las Refracciones atómicas

Variables que afectan Variables que afectan las mediciones de n:las mediciones de n:

Temperatura Presión Longitud de onda Concentración ( si se trata de una mezcla)

CORRECCIÒN DEL n EXPERIMENTAL:

n real = n obs + ΔTº x FC

n real = n obs +(Tº exp–Tºteòrica)x(4x10-4)

n20

D

A 20 ºC y a λ = 589 nm

INSTRUMENTOS QUE MIDEN EL INDICE DE

REFRACCIÓN.Los que miden el

ángulo Crítico: Refractómetro de

Abbe. Refractómetro de

Inmersión. Refractómetro de

Pulfrich.

Los que miden la interferencia de la luz:

Interferómetro

DIAGRAMA EN BLOQUE

1 2 3 4 5

FUENTES DE RADIACIÒNFUENTES DE RADIACIÒN

Son fuentes de luz blanca:

Línea D : que es una

lámpara de vapor de Sodio (λD= 589 nm) *

Línea C y F: de una fuente de Hidrógeno

( λC = 656 nm) y ( λF = 486 nm) Línea G :de una fuente

de Mercurio ( λ = 435 nm)

* La mas utilizada

PRISMASPRISMASPrisma Primario

y Prisma Secundario.

Estos pueden ser de sílica o resina.

Sobre el primero se coloca la Muestra.

PRISMAPRISMA DEDE AMICIAMICISon prismas

compensadores de la radiación .

Compensan las diferencias que hay en el grado de refracción de los rayos de diferentes λ que componen la luz blanca. *

OCULAROCULAR

DETECTORDETECTOR

REFRACTÓMETROSREFRACTÓMETROS

Algunos laboratorios almacenan el refractómetro con un pedazo de tejido fino en el montaje del prisma para mantener el prisma de cristal sin rasguños.

Abra el montaje del prisma y quite el tejido fino.Compruebe que el prisma este limpio.

Utilice un gotero para aplicar su muestra líquida al prisma.

Tenga cuidado de no tocar el prisma con el extremo del gotero , esto puede rasguñar el cristal suave del prisma.

Cierre el montaje del prisma.

Encienda la lámpara usando el interruptor en el lado izquierdo. (en algunos modelos el interruptor puede estar en el cable)

Mire a través del ocular.

Si usted está cerca índice de refracción de su muestra usted debe ver que la visión en el ocular demuestra una región oscura en la región inferior y más clara en la tapa.

Si usted no ve una región clara y oscura, dé vuelta al tornillo del lado derecho del instrumento hasta que ocurra.

Una vez que usted tenga una demarcación entre las regiones claras y oscuras, dé vuelta al tornillo para colocar la frontera exactamente en el centro de los retículos según lo demostrado.

Para leer índice de refracción, vea usted la escala a través del ocular. La escala superior indica índice de refracción. Cuidadosamente interpolando usted puede leer el valor a la exactitud del lugar decimal 4. El ejemplo demostrado aquí tiene un índice de refracción de 1,4606. Luego tome nota de la Temperatura.

MÉTODOS DEL ÁNGULO CRITICO

El método del ángulo crítico es el que se usa comúnmente y por ello se discute en primer lugar. Se describirán tres instrumentos típicos: los refractómetros de Pulfrich, de Abbe y de inmersión.

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REFRACTÒMETRO DE ABBEREFRACTÒMETRO DE ABBE

REFRACTOMETRO DE ABBEREFRACTOMETRO DE ABBE

Este refractómetro, basado también en el principio del ángulo límite, está ideado para realizar la operación con comodidad y rapidez. Requiere sólo cantidades muy pequeñas de la muestra y da una precisión del orden de ±2 x l0-4. La escala está graduada directamente en índices de refracción para las líneas D a 20° C. En su forma usual se puede usar con luz de sodio . Los modelos de alta precisión se limitan en general al uso de luz de sodio, aunque los fabricantes suministran tablas de corrección para las líneas C y F.

REFRACTÒMETRO DE INMERSIÒN

Es el más simple de todos. Requiere sólo 10-15 ml de muestra. El prisma simple va montado en un telescopio que contiene el compensador y el ocular. La escala se sitúa debajo del ocular dentro del tubo. La superficie inferior del prisma se sumerge en un pequeño vaso que contiene a la muestra, con un espejo debajo para reflejar la luz hacia arriba a través del líquido.

REFRACTOMETRO DE INMERSIÒNREFRACTOMETRO DE INMERSIÒN

El principio del refractómetro de inmersión es el mismo que el de los aparatos de Pulfrich y Abbe. Su nombre proviene de que el prisma de refracción está sujeto rígidamente al objetivo del anteojo y se sumerge en el líquido cuyo índice de refracción se mide. Se hace la lectura de la posición de la línea divisoria entre las porciones oscura y brillante del campo sobre una escala en el plano focal del anteojo mientras el prisma está sumergido en el líquido. Las lecturas de la escala se transforman en los índices de refracción correspondientes mediante las tablas suministradas con el instrumento.

REFRACTOMETRO DE PULFRICHREFRACTOMETRO DE PULFRICH

El refractómetro de Pulfrich es útil para la medición del índice de refracción de muestras sólidas o líquidas. Con gran cuidado en el uso del instrumento y con los ajustes mejores posibles, se alcanza una precisión del orden de 1 x 10-4 en el índice de refracción. La diferencia del índice entre dos muestras cuyos índices difieren muy poco, se puede determinar con un error de ± 2x 10-5.

APLICACIONESAPLICACIONES

La Refractometría tiene variadas aplicaciones en el aspecto cualitativo y cuantitativo, en el análisis de los alimentos. Esta técnica es usada con fines de identificación y caracterización de aceites y grasas, en el control de la pureza de los alimentos, en la medición de jugos azucarados, determinación aproximada del contenido de alcohol en licores, concentraciones de azúcar ,entre otros.

Es por todas estas razones, además de otras como la facilidad de uso del refractómetro, el uso de poca muestra, la obtención de resultados al momento, etc. que el conocimiento de la refractometría es de suma importancia al momento de analizar alimentos y fármacos como jarabes.

Aplicaciones IndustrialesAplicaciones Industriales◦Fabricación del caucho: pureza butadieno (n=1.5434)y

estireno (n=1.4120). Un cambio de 0.1% es detectable por refractometría.

◦ Industria alimentaria: aceite de semilla de soja o del aceite de semilla de algodón con índices de 1,47. El producto final para producir margarina tiene 1,43.

◦Variación de la concentración de disoluciones. Índice de refracción muy sensible a estos cambios. Ejemplos:

◦n de una disolución de sacarosa aumenta 0,0002 unidades por un incremento de la concentración de 0,1%.

◦Se detectan cambios de 0,02% en la concentración de ácido nítrico por el mismo procedimiento, e incluso más sensibilidad se puede conseguir en las medidas de las concentraciones de ácido sulfúrico.

Hay gran diferencia entre los índices de refracción de los compuestos aromáticos y los saturados; los primeros tienen índices de alrededor de 1,50 y los segundos, 1,40.

Las mezclas alcohol-agua pueden también ser medidas. El agua tiene un índice de

1,33299, el metanol, 1,32920, el etanol 1,36176 y el isopropanol 1,37757; se puede determinar concentraciones acuosas de estos alcoholes.

El índice de refracción se determina comúnmente como parte de la caracterización de muestras líquidas, algo similar a lo que ocurre con el punto de fusión de muestras sólidas. El índice de refracción también se utiliza comúnmente para:

Identificar o confirmar la identidad de una muestra comparando su índice de refracción a los valores conocidos.

Determina la pureza de una muestra comparando su índice de refracción al valor para la sustancia pura.

Determina la concentración de un soluto en una solución comparando el índice de refracción de la solución a una curva estándar (sal, azúcar, alcohol, etc.)

end