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:
1
Docente: Carla De Angelis
Curso: T.I.A. 5º
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. 2
Docente: Carla De Angelis
Curso: T.I.A. 5º
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.
3
Docente: Carla De Angelis
Curso: T.I.A. 5º
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.
4
