POLARIMETRA Y REFRACTROMETRAPOLARIMETRA La polarimetra es una tcnica que se basa en la medicin de la rotacin ptica producida sobre un haz de luz polarizada al pasar por una sustancia pticamente activa. La actividad ptica rotatoria de una sustancia, tiene su origen en la asimetra estructural de las molculas. Es una tcnica no destructiva consistente en medir la actividad (rotacin) ptica de compuestos tanto orgnicos como inorgnicos. Un compuesto es considerado pticamente activo si la luz linealmente polarizada sufre una rotacin cuando pasa a travs de una muestra de dicho compuesto. La rotacin ptica viene determinada por la estructura molecular y la concentracin de molculas quirales. Cada sustancia pticamente activa tiene su propia rotacin especifica, determinada por la siguiente ecuacin

[] (t,) = (t,) / c lDonde: [] =Rotacin especfica a una determinada, =rotacin ptica, c = concentracin, l = paso ptico a travs de la muestra, T = temperatura, = longitud de ondaEl mtodo polarimtrico es una forma simple y precisa para la determinacin e investigacin de estructuras en macro, semimicro y micro anlisis de compuestos cuyo coste econmico o cuya dificultad para duplicarlos es alta. La Polarimetra se usa en control de calidad, control de procesos e investigacin en la industria farmacutica, qumica, aceites esenciales, alimentacin y aromas. La farmacopea y la Food & Drugs Administration (FDA) incluyen numerosas especificaciones polarimtricas para numerosas substancias1. Principios de la polarimetra La luz polarizada es aquella que ha pasado a travs de un polarizador, que fuerza ondas electromagnticas aleatorizadas hacia un plano. Cuando esta luz polarizada en un plano pasa a travs de una sustancia pticamente activa (por ejemplo, una solucin de una sustancia qumica pticamente activa), el PLANO de polarizacin se gira en una cantidad que es caracterstica de la sustancia examinada. Los polarmetros detectan la posicin del PLANO y la comparan con su posicin original siendo la diferencia la rotacin, que se expresa normalmente en grados angulares (A). Se coloca un tubo de muestra que contiene el lquido (solucin) examinado entre dos elementos polarizantes (tira polaroide o cristal de calcita). El primer elemento, el polarizador, polariza la luz antes de que pase a travs de la muestra. El segundo elemento, el analizador, puede girarse para contrarrestar cualquier rotacin por la muestra y, por tanto, localiza la posicin angular resultante del plano de la luz y, por lo tanto, la cantidad de rotacin causada por la muestra. En la industria del azcar, la rotacin se expresa sobre una escala diferente, llamada Escala Internacional del Azcar (ISS en sus siglas inglesas), que se denota como Z. Los polarmetros que se han diseado para su uso especficamente en la industria del azcar se conocen como sacarmetros. Actividad ptica Slo ciertas sustancias qumicas tienen actividad ptica; el origen de esta es un campo complejo de la qumica y, en realidad, no es necesario dominarlo para apreciar la polarimetra bsica. Un ejemplo de una molcula pticamente activa es un azcar. El agua y otros disolventes comunes que son pticamente activos y, por lo tanto, cuando se preparan soluciones, la sustancia qumica pticamente activa (por ejemplo, el azcar en el agua) es la que causa rotacin, no el disolvente. Rotacin y rotacin especfica1

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La rotacin es una funcin lineal de la concentracin tanto de la sustancia examinada como de la longitud de la va de la solucin (= longitud del tubo). Por lo tanto, al duplicar la concentracin se duplicar la rotacin angular; al duplicar la longitud del tubo tambin se duplicar la rotacin. Las mediciones de la rotacin ptica pueden emplearse para determinar la concentracin y/o la pureza de una sustancia, o simplemente para detectar la presencia de una sustancia qumica pticamente activa en una mezcla. La rotacin especfica de una sustancia qumica es simplemente una rotacin angular obtenida en condiciones de medicin estndar: concentracin, longitud del tubo, temperatura y longitud de onda. La mayora de las rotaciones especficas tiene como referencia la longitud de onda del sodio, de 589 nm. La rotacin especfica es una caracterstica nica de una sustancia qumica y, desde luego, puede ser cualquier ngulo; a menudo tiene una magnitud superior a 90. Clculo de la rotacin especfica (lquidos y soluciones pticamente activos)

[ ] t

=

t ............o.............[ ] = 10 l c 10 l d p

Donde: Es la rotacin ptica corregida. []t Es la rotacin especfica a una temperatura de t C en la luz polarizada de longitud de onda . l Es la longitud del tubo del polarmetro en metros. d Es la densidad relativa del lquido o solucin a 20 C. c Es la concentracin del soluto expresada en gramos por ml de solucin. p Es la concentracin del soluto expresada en gramos por gramo de solucin. Longitud de onda La longitud de onda del sodio, de 589 nm, es, con mucho, la fuente luminosa ms comn que se usa en la polarimetra; la mayora de los mtodos experimentales y los datos publicados se basan en esta longitud de onda. Otra fuente popular es el mercurio, con una longitud de onda de 546 nm; existe cada vez un mayor inters por la longitud de onda del infrarrojo cercano, de 880 nm, debido a su capacidad para penetrar las muestras que absorben muestras oscuras y con colores intensos que absorben luz. Intervalo angular: ambigedad Los polarmetros slo pueden detectar la posicin del PLANO de luz antes de entrar en la muestra y despus de transmitirla a travs de la muestra. La diferencia angular (= rotacin) puede proporcionar un resultado ambiguo porque una rotacin positiva, por ejemplo, de 110, es la misma posicin del PLANO que una rotacin negativa de -70. Por lo tanto, una muestra con una rotacin de +110 mostrar -70 en el intervalo de grados predeterminado

El instrumento no puede decidir por s solo cuntas veces el plano ha pasado por la posicin de referencia de 180 a lo largo de la longitud de la va de la muestra. Depende del usuario conocer el intervalo (segmento angular) en el que se situar el resultado preparar el experimento para establecer la rotacin absoluta. Por esta razn, con polarmetros digitales automticos, el usuario debe seleccionar el intervalo angular de medicin, conociendo (aproximadamente) dnde se situar la lectura. En el caso de rotaciones angulares grandes (magnitud superior a 90), es habitual que el usuario vare sistemticamente la concentracin (o longitud del tubo) y mida las rotaciones correspondientes. De esta manera, es posible determinar la diferencia entre una rotacin de +270 y +90. Desde luego, con los polarmetros manuales o semiautomticos, es posible visualizar el crculo completo de 180. El resultado contina siendo ambiguo, pero el usuario puede seleccionar uno de los dos puntos de la escala circular o tambor rotatorio, lo que resulte adecuado. El instrumento no decide cul es la posicin correcta; es el usuario quien lo hace.

Con polarmetros completamente automticos, es habitual proporcionar una visualizacin de 90. Luego, el usuario debe decidir si contina experimentando con concentraciones o longitudes del tubo para investigar la magnitud de la rotacin. As pues, cuando se visualiza una lectura de 45, puede que el usuario deba aadir 180, sabiendo que la rotacin absoluta es de 225 (en este caso, una dilucin del quntuplo continuar dando una lectura de 45)2. Los componentes bsicos del polarmetro son:

Una fuente de radiacin monocromtica Un prisma que acta de polarizador de la radiacin utilizada Un tubo para la muestra Un prisma analizador Un detector (que puede ser el ojo o un detector fotoelctrico3)

Aplicaciones

Los polarmetros son instrumentos pticos para medir la rotacin o el giro de la luz. Los laboratorios industriales y los tcnicos con conocimientos y experiencia variada con la tcnica usan los polarmetros para muchos fines. En algunas aplicaciones de control de calidad hasta la investigacin fundamental de estructuras qumicas complejas., es posible que el usuario no conozca a fondo los principios de la polarimetra o, tal vez, que no tenga una apreciacin cientfica real y simplemente siga un procedimiento estndar de laboratorio y registre las mediciones de acuerdo con ello. En otras aplicaciones, por ejemplo, investigacin y desarrollo, puede que sea necesario que el usuario conozca bien los principios y que est en posicin de investigar las propiedades pticas de los materiales examinados, posiblemente por primera vez. A travs de esta medida se puede hallar la concentracin, contenido y pureza de la sustancia. La polarimetra es empleada en control de calidad, control de procesos e investigacin farmacutica y qumica, en aceites esenciales, saborizantes e industria alimenticia. Separacin de ismeros pticos. Dentro de la investigacin es frecuente el uso para, aislamiento de cristalizados, evaluar y caracterizar compuestos pticamente activos, reacciones cinticas, monitorizacin y cambios de concentracin as como actividades. En el campo de el control de calidad y control de procesos la polarimetra se usa las mas diferentes ramas, como farmacutica (aminocidos, analgsicos, cocana, dextrosa, codena, antibiticos,) , alimentacin (carbohidratos, glucosa, maltosa, monosacridos naturales), qumica (biopolmeros, polmeros sintticos, polmeros naturales), etc.

REFRACTROMETRA La refractometra es un mtodo ideal cuando se precisa un procedimiento de anlisis rpido, fiable y respetuoso con el medio ambiente para determinar la densidad de lquidos y su grado de pureza o de concentracin. Como refractometra se entiende la medicin del ndice de refraccin del fluido. La medicin es independiente de las burbujas de gas, la turbiedad o el color. No se requiere un caudal mnimo. Por lo general los refractmetros se usan para supervisar o regular una concentracin o para el control de calidad. En el laboratorio el refractmetro es un instrumento muy conocido. Ah se viene usando p.ej. para controles de calidad por toma de muestras. A diferencia de los refractmetros comnmente utilizados que miden el ngulo lmite, los refractmetros miden segn el acreditado principio de la luz transmitida o pasante. Con este procedimiento la totalidad de la corriente de prueba23

http://www.bs-ltd.com/general_pdfs/P001E.pdf http://www.fquim.unam.mx/sitio/usai_infra.asp

es atravesada por el haz de medicin para obtener el resultado de medicin. La medicin no est sujeta a deriva alguna y se alcanza una resolucin que ofrece un factor 10 veces mayor a los procedimientos convencionales4. El refractmetro El refractmetro es un aparato que nos permite medir de un modo sencillo y directo, sin necesidad de ningn tipo de clculo, el ndice de refraccin de un fluido. Esquema del Refractmetro Un refractmetro es un instrumento ptico manual, que puede ser utilizado para medir la concentracin de la mezcla de los fluidos para trabajo de metales. El refractmetro proporciona una lectura numrica mediante la medicin del ndice de refraccin. Esto permite al operador monitorear la concentracin de la mezcla. Calibracin Es necesaria una calibracin adecuada del refractmetro para obtener una medida adecuada del ndice de refraccin. Antes de calibrar el instrumento, asegurarse de que el refractmetro, el agua y la muestra del fluido estn a temperatura ambiente, ya que una calibracin adecuada depende de la temperatura. El procedimiento es el siguiente: Colocar una gota de agua entre la cubierta de plstico (6) y el prisma (7). Mantener el refractmetro horizontalmente y apuntar a una fuente de luz. Observar en el ocular (1) y ajustar la perilla de calibracin de la escala (4) hasta que la lnea lmite, que separa las reas claras y oscuras de la escala, se encuentre colocado en el cero sobre la escala5.

Refractmetro de ngulo lmite El campo del ocular del refractmetro de ngulo lmite, est dividido en dos partes, siendo una de ellas iluminada y la otra sin iluminacin. La separacin que hay entre dichas partes corresponde al rayo lmite. La luz pasa a travs de una capa delgada de la muestra de la que queremos hallar el ndice de refraccin, y entra en el prisma de refraccin P2. El prisma P1 sirve para que pase la mayor cantidad de luz posible por la muestra). La radiacin que nicamente roza la superficie del prisma P2 difcilmente penetra en el prisma, y cuando entra, forma un ngulo c con la lnea perpendicular a su superficie. Dicho ngulo c se denomina ngulo lmite para ese rayo lmite, y su valor depende de la longitud de onda utilizada y de los ndices de refraccin de la muestra "n", y del prisma de refraccin np. Ningn rayo puede formar un ngulo superior al ngulo lmite c, ya que la fuente de tales rayos sera incapaz de penetrar en el prisma (el rayo lmite es el ms tangencial que entra en el prisma). Por este motivo, todos los rayos de luz que penetran en el prisma P2, forman un ngulo mayor con la superficie que el rayo lmite, y por lo tanto iluminarn la zona de la derecha en el ocular. La zona de la izquierda permanece oscura debido a que no existen rayos que se refracten con un ngulo superior al del rayo lmite.

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El refractmetro est compuesto por un filtro interferencial que slo deja pasar la luz para la cual la longitud de onda es la correspondiente al amarillo del sodio (zona intermedia del espectro visible). Este refractmetro nos permite medir ndices de refraccin en un intervalo de 1,3 a 1,8, que es el intervalo en el cual se encuentra el ndice de muchas sustancias. En la figura se ve la disposicin del prisma, y del campo de imagen en un refractmetro de este tipo. El grosor de la muestra no es tan grande, en realidad suele ser de 0,1mm aproximadamente6.

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