MÉTODOS NO ESPECTROSCÓPICOS

POLARIMETRÍA:

La polarimetría es la medición de la rotación angular de las sustancias ópticamente activas en un plano de luz polarizada. En la práctica la polarimetría es un método para la determinación de la concentración de soluciones, muy empleado en las industrias química y alimenticia, y especialmente en la industria azucarera. El ente internacional que dicta las normativas para la industria química y alimenticia es ICUMSA, (del inglés International Comitee of Uniform Methods for Sugar Analises, Comité Internacional para la Unificación de Métodos para Análisis de Azúcar), la OIML refiere a ICUMSA para las normas y parámetros.

APLICACIONES:

1. Los laboratorios industriales y los técnicos con conocimientos y experiencia variada con la técnica usan los polarímetros para muchos fines. En algunas aplicaciones de control de calidad hasta la investigación fundamental de estructuras químicas complejas.

2. A través de esta medida se puede hallar la concentración, contenido y pureza de la sustancia. La polarimetría es empleada en control de calidad, control de procesos e investigación farmacéutica y química, en aceites esenciales, saborizantes e industria alimenticia. Y en la separación de isómeros ópticos.

3. En el campo del control de calidad y control de procesos la polarimetría se usa más en las diferentes ramas como la farmacéutica (aminoácidos, analgésicos, cocaína, dextrosa, codeína, antibióticos), alimentación (carbohidratos, glucosa, maltosa, monosacáridos naturales), química (biopolímeros, polímeros sintéticos, polímeros naturales), etc.

4. Una aplicación específica de la polarimetría es la sacarimetría, la cual permite determinar la rotación molecular de las soluciones de azúcares.

5. Dentro de la investigación, el uso de la polarimetría es frecuente para el aislamiento de cristalizados, para evaluar y caracterizar compuestos ópticamente activos, para las reacciones cinéticas y para la monitorización y cambios de concentración.

EJEMPLO PRÁCTICO:

CARACTERIZACIÓN DE ISÓMEROS ÓPTICOS POR POLARIMETRÍA

Objetivo:

Caracterizar los diastereoisómeros puros del complejo [Co(en)3]3 . I3 previamente sintetizado por medio de la medición de su actividad óptica usando un polarímetro.

Método:

Primero se llena el tubo del polarímetro con agua destilada y se determina el cero del polarímetro. Luego se pesan 10.0 g del [Co(en)3]3 . I3 y se disuelven en agua destilada en un matraz aforado de 25 mL. Para disolver al complejo se puede usar un vibrador ultrasónico o calentar. Se llena el tubo con la disolución problema y se lee en el instrumento la rotación en grados, sabiendo la concentración en g/100 mL se puede calcular la rotación específica a la longitud de onda y temperatura usadas usando la ecuación básica de la polarimetría.

DISPERSIÓN ÓPTICA ROTATORIA

Es la rotación de la polarización lineal de la luz cuando viaja a través de ciertos materiales. Suele ser un fenómeno que ocurre en soluciones que presentan moléculas quirales tales como la sacarosa (azúcar), sólidos con planos cristalinos rotados, tales como el cuarzo, y la polarización circular de gases atómicos o moleculares. Se emplea en la industria de elaboración de azúcar para medir en los siropes la concentración de azúcares, en óptica para manipular la polarización, en química para caracterizar sustancias en solución acuosa, y en medicina está siendo evaluado en la actualidad como un método de determinación de la concentración de azúcar en sangre en casos de personas que sufren la diabetes.

REFRACTOMETRÍA

Se denomina refractometría, al método óptico de determinar la velocidad de propagación de la luz en un medio/compuesto/substancia/cuerpo, la cual se relaciona directamente con la densidad de este medio/compuesto/substancia/cuerpo. Para emplear este principio se utiliza la refracción de la luz, ((la cual es una propiedad física fundamental de cualquier sustancia), y la escala de medición de este principio se llama índice de refracción, Los refractómetros son los instrumentos que emplean este principio de refracción ya sea el de refracción, (empleando varios prismas), o el de Angulo crítico, (empleando solo un prisma), y su escala primaria de medición es el índice de refracción, a partir de la cual se construyen las diferentes escalas específicas, Brix (azúcar), Densidad Específica, % sal, etc. Los refractómetros se utilizan para medir en líquidos, sólidos y gases, como vidrios o gemas.

APLICACIONES:

En el análisis de una mezcla sencilla al igual que una la mezcla binaria (por ejemplo la mezcla alcohol/agua), el mejor método es la refractometría. Las medidas de densidad

son aplicables si el rango de composición es grande. Las principales utilidades de la refractometría son:

Confirmación de la identidad de la sustancia. Análisis de muestras y corrientes en proceso Cálculo de propiedades de polímeros tales como el peso molecular, tamaño y

forma. Cálculo de propiedades físicas tales como reflexión y dispersión óptica.

El grado con que una sustancia refracta la luz depende de su concentración relativa y de su estructura. Por lo tanto, la refracción molar y el índice de refracción pueden usarse con fines analíticos y fisicoquímicos. Desde el punto de vista analítico, el índice de refracción es un valor característico de cada especie química, y podría identificar líquidos puros desconocidos.

No obstante muchas sustancias tienen índices de refracción parecidos, por lo tanto habría que complementar la información con la que proporcionan otras propiedades de la muestra (densidad, viscosidad, punto de fusión). Una vez conocida la naturaleza del compuesto, también se podría determinar su grado de pureza.

En disoluciones o mezclas se puede conocer la concentración de un compuesto mediante curvas de calibración trazadas a partir de patrones de concentraciones conocidas, de los que se mide su índice de refracción. Desde el punto de vista fisicoquímico, como los valores del índice de refracción y refracción molar son indicativos del modo de interacción de la radiación con la materia, estas variables tienen que ser útiles, necesariamente, para investigar propiedades de los compuestos químicos.

Un ejemplo de aplicaciones es en área de alimentos. Ciertos líquidos viscosos, con cierto contenido en sólidos, tales como ketchup, mermeladas, zumos, etc.

Un ejemplo es el análisis continuo de los sólidos solubles en el ketchup. Una muestra es bombeada desde el fondo del depósito, llevada a un refractómetro colocado en línea y devuelta después al depósito. Cuando el producto alcanza la composición deseada se descarga y se llena de una nueva carga. Bebidas carbonatadas y otros procesos industriales, en los que se mide la concentración de azúcar después de ser carbonatada y justo antes de envasar. Otras aplicaciones son medidas de las mezclas glicerina-agua, formaldehido-metanol, procesos en el caucho sintético, alimentos como café o té.

INTERFEROMETRÍA

La interferometría es una técnica utilizada en astronomía que consiste en combinar la luz proveniente de diferentes receptores, telescopios o antenas de radio para obtener una imagen de mayor resolución. Esta técnica se utiliza especialmente en radioastronomía, siendo más difícil su implementación en longitudes de onda más corta (visible). La principal razón es la mayor precisión mecánica que se requiere al utilizar longitudes de

onda más corta. En la actualidad hay proyectos ambiciosos de interferómetros ópticos de gran escala combinando los haces de luz de grandes telescopios terrestres, como el interferómetro Keck en Hawái y el Very Large Telescope Interferometer VLTI en Chile, mientras que en los observatorios radioastronómicos se encuentran el Very Large Array (VLA) en EEUU y el Atacama Large Millimiter/submilliter Array (ALMA) en Chile.

En todos los casos el principio físico utilizado es que dos ondas de luz que coinciden en fase se amplifican mientras que dos ondas en oposición de fase se cancelan, existiendo también cualquier combinación intermedia. Esto permite mediante medición del grado de cancelación o amplificación de dos haces láser, realizar mediciones de superficies menores a la longitud de onda.

La interferometría no solo se utiliza en astronomía; existen usos más comunes como la medición de curvatura de lentes y espejos, así como la identificación de defectos tanto en su superficie como en su composición.

Para estas aplicaciones se pueden utilizar diferentes tipos de interferómetros, como el interferómetro Twyman-Green y el interferómetro de Fizeau, entre muchos otros.

Uno de los primeros usos de la interferometría fue en el famoso experimento de Michelson y Morley (1887), que demostró la inexistencia del éter, proporcionando las primeras evidencias experimentales en las que más tarde se asentaría la relatividad especial. En la actualidad, interferómetros similares al de Michelson se construyen en grandes instalaciones (véase LIGO o VIRGO) en un intento de detectar ondas gravitatorias, una consecuencia de la teoría de la relatividad general.

APLICACIONES:

EJEMPLOS

1) Interferómetro angular:

Se utiliza un bloque en el que se integran los dos reflectores, que ahora son móviles. El separador de haz lleva acoplado un prisma a 45° con lo que se consigue que los haces separados por su diferente frecuencia resultan paralelos y no perpendiculares como el separador visto con anterioridad.

Figura 1. Ópticas para medida de ángulos

Un desplazamiento en la dirección del haz provoca un mismo incremento en los caminos ópticos de ambos brazos del interferómetro, pero una inclinación como la indicada en la figura 12 determina que el incremento del camino del brazo superior resulte mayor que el del inferior. Así, el instrumento detecta un desplazamiento relativo proporcional al ángulo girado (para los pequeños valores angulares con los que es operativo el sistema) y a la distancia que separa los vértices de los reflectores.

Con las ópticas de medidas de ángulos, los interferómetros láser sustituyen ventajosamente a los clásicos niveles de medida con burbuja en trabajos específicos como la calibración de grandes mesas de planitud. Para ello se fija el bloque reflector a una base de tres patas en las que dos patas, separadas una distancia L, son las patas de medida. En la mesa de planitud se establece una retícula cuadrangular en la que los cuadrados elementales tienen lados de longitud L.

El bloque móvil se va desplazando a lo largo de las diferentes ferentes líneas de retícula, de forma que sus patas de medida siempre se apoyan en los vértices de cuadrados elementales. En esencia, se trata de medir la pendiente a¡ de cada tramo, lo que permite

obtener la variación de altura entre sus extremos (figura 2). La altura h¡ respecto de un plano de referencia se obtiene sumando los incrementos de

cada uno de los tramos anteriores del mismo perfil

Figura 2. Esquema para la medición de planitudes

TURBIDIMETRÍA Y NEFELOMETRÍA

La turbidimetría mide la disminución de la luz transmitida a través de una suspensión de partículas utilizando para ello un espectrofotómetro (detector en la misma dirección del haz de luz, se mide A o T). Se suele utilizar para soluciones concentradas (para que haya una buena disminución de la luz transmitida) ejemplo:

Determinación de proteínas totales en suero o en  orina (haciendo que las proteínas precipiten con ácido sulfosalicílico).

La nefelometría es un método para medir la intensidad de una radiación dispersa en un ángulo de 90 °C conrespecto a la fuente. Se mide en un espectro fluorímetro .Para determinar la concentración de analito en este método aplicamos:

APLICACIONES:

Imunoprecipitación

La imunoprecipitación cuantificada por turbidimetría o nefelometría se emplea hoy en los laboratorios de autoinmunidad para determinar el factor reumátide.-

Tanto en los reactivos como en el suero pueden existir partículas que produzcan una dispersión de luz no deseada ej. lipoproteínas, quilomicrones También puede interferir la suciedad. ·-

 

La intensidad de la luz dispersada. Las proteínas suelen tener un pico de absorción en el ultravioleta y los cromógenos del suero entre 400-425nm; por todo ello se suele trabajar a frecuencias que oscilen entre 320-380nm y 500-600nm.Muy frecuentemente, para cuantificar proteínas concretas, se utilizan anticuerpos que reaccionan con dichas proteínas de la muestra, en este caso se habla de inmuno turbidimetría e inmuno nefelometría .Cuando se ponen en contacto un Ag y un Ac específico contra ese antígeno ambos reaccionan y forman un complejo Ag-Ac. Inicialmente los complejos se forman rápidamente pero, existe una segunda fase de crecimiento de complejos más lenta y, es precisamente en ésta fase en laque aparece la dispersión de la luz. Así, en la inmuno turbidimetría e inmuno nefelometría se mide la dispersión de la luz provocada por los complejos Ag-Ac. En ocasiones los Ac se unen a bolitas de látex para aumentar el tamaño de los complejos (inmuno-análisis potenciados).La inmuno precipitación, se utilizan partículas de látex recubiertas con IgG. Existen muchos equipos comerciales para como analizadores automáticos de bioquímica o nefelómetros automáticos, y sus métodos están estandarizados con calibradores que se basan en preparaciones de referencia.

Inmunodifusión radial

En este caso se añade un antisuero específico a la agarosa que, a su vez, se vierte sobre placas.Se forman pozos en el gel y se colocan en ellos estándares de proteínas y problemas (antígenos). El antígeno difunde en el gel durante varias horas y va reaccionando con el Ac. Enla zona de equivalencia se produce un anillo de precipitación

Inmunodifusión doble o técnica de Ouchterlony

Se forman pozos en el gel de agarosa, generalmente en patrón de roseta. Se depositan antisueros específicos en los pozos centrales y los estándares de proteínas y los problemas en los pozos circundantes. Al difundir las muestras en el gel, donde el anticuerpo y el antígeno alcanzan la equivalencia, se forman bandas de precipitados insolubles. La posición y forma dela banda se determinan según la concentración del antígeno y del anticuerpo, y sus tamaños. La distancia de las bandas con respecto al anticuerpo es directamente proporcional a la cantidad de antígeno presente.

DIFRACCIÓN: RAYOS X

La difracción de rayos X puede proporcionar información detallada de la estructura tridimensional en estado sólido demuestras cristalinas de compuestos orgánicos, inorgánicos y órgano metalicos, consistiendo en la descripción geométrica en términos de distancias y ángulos de enlace, ángulos de torsión, etc. También se puede obtener información sobre empaquetamientos, interacciones intermoleculares, etc.

APLICACIONES DE LA DIFRACCIÓN DE RAYOS X

Determinación mineralógica y cristalográfica de cualquier tipo de material de tipo cristalino.

Estudios de transformación de fases en función de la temperatura desde 24°C hasta –160°C.

Análisis cuantitativo de fases. Determinación de tamaño de crista Determinación cuantitativa de amorfos en polímeros medianamente cristalinos Determinación cuantitativa de elementos en aceros al carbón e inoxidables.

EJEMPLO:

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS :

http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/jpn/file/Quimica_de_Coordinacion/ 8_Caracterizacion_por_Polarimetria.pdf

http://es.slideshare.net/CalexisIbal/resumen-polarimetria

http://lauraucros.blogspot.pe/2014/10/turbidimetria.html http://ruc.udc.es/bitstream/2183/10986/1/CC%2057%20art%204.pdf http://es.scribd.com/doc/54885577/Turbidimetria-y-Nefelometria#scribd http://ocw.uniovi.es/pluginfile.php/717/mod_resource/content/

1/1C_C11812_A/contenidos%20en%20pdf%20para%20descargar/18.pdf