Método instrumental basado en el fenómeno de la refracción.

El fenómeno de la refracción se define como el cambio de velocidad que experimenta la radiación electromagnética al pasar de un medio transparente a otro.

Refractometría

Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte del haz se refleja mientras que la otra sufre una refracción, que consiste en el cambio de dirección del haz.

Refractometría

Rayo incidente

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:

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

Refractometría

Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío, el índice de refracción será un número siempre mayor que 1. En el vacío: n=1 , en otro medio: n>1

Este índice de refracción depende de

TemperaturaPresiónLongitud de ondaDISPERSIÓNConcentración especies ( si se trata de una mezcla)

Refractometría

Se puede relacionar el índice de refracción de dos medios con el ángulo de incidencia en los mismos mediante la ley de Snell o ley de la refracción:

1: ángulo entre el haz incidente y la normal (perpendicular) a la superficie2: ángulo entre el haz refractado y la normal a la superficie

El ángulo de incidencia 1 es igual al ángulo de reflexión 1'

n1 . sen 1n2 . sen 2

Refractometría

Refracción Especifica: es la relación entre el índice de refracción y la densidad. También se conoce como la ecuación de Lorentz y Lorentz:

La refracción especifica es muy útil como medio para la identificación de una sustancia y como un criterio de su pureza.

η2 – 1 1rD =---------- η2 + 2 ρ

Refractometría

Utilidad refractometría:

Confirmar la identidad de un compuesto

Medir su pureza (conjuntamente con otras propiedades físicas)

Utilizarse como base para medir la concentración de una mezcla binaria

[ ] componentes

n

Refractometría

Aplicaciones 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.

Refractómetros

Los aparatos más importantes se basan en dos principios:

Refractómetros de ángulo límite o crítico Refractómetros de desplazamiento de imagen.

Refractómetros

Refractómetros

Ángulo límite o crítico: la medida de este ángulo permite conocer n de la muestra.

Mayor ángulo de incidencia de un rayo en un prisma que permite su refracción. Si el ángulo de incidencia es mayor que el límite, se produce una reflexión.

Lb

a

e

Refráctometros de ángulo límite o crítico

- Ley snell muestra-flint:nflint=nmuestra·sen L/ sen b

- Ley Snell flint-aire:nflint=sen e · n aire / sen a

a +b = c

c

Refractómetro de Abbe

Prisma móvil

Monocromador= linea D sodio

Al mover el prisma P2, se mide en una escala el índice de refracción de la muestra que se refleja en el ocular con una precisión de 0.001. Con ayuda del amplificador, ésta aumenta a 0.0001

Refractómetros

Refractómetro de Abbe

Si conseguimos esto, ángulo rayo incidente=90º.

Ley de Snell:naire · Sen 1=nmuestra · sen 2

1 1 Determinado por el refractómetro

Refractómetros

Refractómetro de inmersión

Refractómetros

Es el más simple de todos. Requiere sólo 10-15 ml de muestra. En prisma simple vamontado en un telescopio que contiene el compensador y el ocular. La escala se sitúadebajo del ocular dentro del tubo. La superficie inferior del prisma se sumerge en unpequeño vaso que contiene a la muestra, con un espejo debajo para reflejar la luz haciaarriba a través del líquido.

Refractómetros de desplazamiento de imagen

En estos aparatos se mide el desplazamiento del rayo refractado en relación al rayo incidente, en vez de medir el desplazamiento de la línea de separación entre la zona clara y obscura debido al ángulo límite. Se construye un prisma con la muestra y el índice se calcula en base al desplazamiento angulas de la luz al pasar por la muestra. Si la muestra es líquida se coloca en un recipiente en forma de prisma. La precisión es unas dos veces superior a la obtenida con el refractómetro de Abbé. No hay límite en la determinación de índices de refracción y se puede trabajar en un mayor número de longitudes de onda, incluso zonas del ultravioleta o infrarrojo cercano, si se usan prismas de cuarzo.

Medimos los angulos de incidencia y de refraccion directamente. La muestra liquida se coloca en un recipiente en forma de prisma en el centro de una superficie circular. Si es solida, se cortan en prismas y se disponen similarmente. Utilizamos una fuente luminosa, una ranura y un colimador que dirija el haz paralelo de radiacion a la superficie del prisma. la imagen refractada va a un telescopio montado sobre superficie circular. Este metodo se utiliza como detector en cromatografía líquida.

Refractómetros