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Se definen como métodos ópticos de análisis aquellos que miden la radiación electromagnética que emana de la materia o que interacciona con ella.Métodos espectroscópicos Se basan en la medida de la intensidad y la longitud de onda de la energía radiante.Métodos no espectroscópicosNo miden espectros ni están relacionados con las transiciones entre estados de energía característicos sino que se basan en una interacción entre la radiación electromagnética y la materia.
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MÉTODOS ÓPTICOS
NO ESPECTROSCÓPICOS
Universidad de CaraboboFacultad Experimental de
Ciencias y TecnologíaDepartamento de Química
Análisis Instrumental
Carol MontañoMaideley Santeliz
MÉTODOS ÓPTICOS
Se definen como métodos ópticos de análisis aquellos que miden la radiación electromagnética que emana de la materia o que interacciona con ella.
MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS
Se basan en la medida de la intensidad y la longitud de onda de la energía radiante.
MÉTODOS NO ESPECTROSCÓPICOS
No miden espectros ni están relacionados con las transiciones entre estados de energía característicos sino que se basan en una interacción entre la radiación electromagnética y la materia.
TURBIDIMETRÍA
Mide la disminución de la potencia de la radiación transmitida a través de una suspensión de partículas utilizando para ello un espectrofotómetro.
Se suele utilizar para soluciones concentradas (para que haya una buena disminución de la luz transmitida). La radiación transmitida se mide en la dirección del haz incidente.
Figura 1: Situación del detector respecto a la dirección del haz incidente.
TURBIDIMETRÍA
Los cálculos utilizados para conocer la potencia radiante de la radiación son:
Pt = P0 * ℮-k * l * ρ
Donde:
Pt = potencia radiante de la radiación transmitida;
P0 = potencia radiante de la radiación incidente;
℮ = base de los logaritmos neperianos;
k = constante que depende del tamaño de la partícula y de la longitud de onda;
l = longitud de la cubeta de reacción;
ρ = concentración de masa de las partículas de la solución o suspensión.
Al aplicar el logaritmo, se tiene: 2,303 log (Pt /P0) =-k *l *ρ
TURBIDIMETRÍA
Reorganizando la ecuación, se tiene que:
-log (Pt /P0) = (k/2,303)*l*ρ
El coeficiente (k/2,303) se denomina coeficiente de turbidez y se representa por la letra T.
Al sustituir T en la ecuación anterior se obtiene:
-log (Pt /P0) = T*l*ρ
TURBIDIMETRÍA
Origen de las señalesCuando un haz de luz monocromática, de longitud de
onda no absorbible choca contra las partículas de una sustancia que está en suspensión, cambia la dirección de propagación del haz de luz (en realidad sólo cambian de dirección algunos fotones del haz).
Figura 2: Haz incidente sobre la muestra.
TURBIDIMETRÍA
Instrumentación
La medida de la concentración de partículas en suspensión por métodos turbidimétricos se realiza en espectrómetros de absorción molecular.
Para una mejor sensibilidad se requieren las siguientes
características:
-El haz de la radiación ha de ser colimado, -Con el objeto de eliminar la luz difusa, debe haber una
gran distancia entre la cubeta de lectura y el detector.
TURBIDIMETRÍA
Tratamiento de muestrasLa turbidimetría puede realizarse en espectrofotómetros
de visible o violeta. Cuando la concentración de partículas en suspensión se mide por turbidimetría, la suspensión se pone en una cubeta similar a un tubo de ensayo, que permite realizar las medidas de las energía incidentes y transmitidas.
Figura 3: Esquema de un espectrofotómetro.
TURBIDIMETRÍA
Turbidímetros
Figura 4: Diagrama esquemático de un turbidímetro Du Pont Modelo 430.
TURBIDIMETRÍA
Ejemplo
Tienen un interés especial las valoraciones turbidimétricas, en las que se mide la turbidez de la solución problema después de añadir incrementos sucesivos de reactivos.
En el punto de equivalencia de la valoración, la turbidez llega a su valor máximo, se afirma que este método de detección del punto final permite alcanzar una exactitud de 2%.
El procedimiento tiene varias ventajas, entre ellas, la de permitir el análisis de bajas concentraciones y la de resolver la dificultad de hallar un indicador adecuado para las valoraciones de precipitación.
TURBIDIMETRÍA
AplicacionesLa determinación de la turbiedad es de gran
importancia en aguas para consumo humano y en una gran cantidad de industrias procesadoras de alimentos y bebidas.
Los valores de turbiedad sirven para determinar el grado de tratamiento requerido por una fuente de agua cruda, su filtrabilidad, la efectividad de los procesos de coagulación, sedimentación y filtración, así como para determinar la potabilidad del agua.
NEFELOMETRÍA
Mide la luz dispersada en dirección distinta a la luz emitida (generalmente con ángulos que oscilan entre 15 y 90º). Utiliza como instrumento el nefelómetro.
Se suele utilizar para concentraciones más diluidas. Permite mayor sensibilidad con concentraciones menores de partículas suspendidas. Constituye un método más exacto para la medida de la opacidad.
Figura 5: Situación del detector en un ángulo de 90º respecto a la dirección del haz incidente.
NEFELOMETRÍA
Origen de las señales
La nefelometría se basa en la dispersión de la radiación que atraviesan las partículas de materia. Cuando la luz atraviesa un medio transparente en el que existe una suspensión de partículas sólidas, se dispersa en todas direcciones y como consecuencia se observa turbia.
Figura 6: Haz incidente sobre la muestra.
NEFELOMETRÍA
Instrumentación
Figura 7 : Esquema de un nefelómetro.
La turbiedad es la resultante de la luz captada por la fotocélula de situada a 90º, debido a la luz dispersa producida por los sólidos en suspensión.
NEFELOMETRÍA
NefelómetroEs un instrumento para medir partículas suspendidas en
un líquido. Esto lo hace empleando una fotocelda colocada en un ángulo de 90° con respecto a una fuente luminosa. La densidad de partículas es entonces una función de la luz reflejada por las partículas a la fotocelda.
Figura 8 : Nefelómetros.
NEFELOMETRÍA
Aplicaciones
Se suele utilizar para medir concentraciones específicas de colonias de bacterias en algún medio de cultivo, o de muchas proteínas utilizando el principio de dispersión luminosa molecular.
Se utiliza en el análisis de la calidad química del agua para determinar la claridad y para el control de los procesos de tratamiento.
TURBIDIMETRÍA VS NEFELOMETRÍA
Tamaño de las partículas dispersante
Para nefelometría, la intensidad de la radicación dispersada a 90° será mayor cuanto menos sea el tamaño de las partículas. Para partículas mayores, la intensidad de la dispersión a 90°disminuye.
Para turbidimetría, fenómeno menos dependiente de la λ, en cambio el tamaño de las partículas es menos importante; en este caso la señal es la disminución relativa de la radiación trasmitida.
Selección de la longitud de onda
Con esta selección se minimiza las posibles interferencias
TURBIDIMETRÍA VS NEFELOMETRÍA
Factores para la elección entre turbidimetría y nefelometría
Intensidad de la radiación Tamaño de las partículas dispersante.
¿Cómo diferenciar la turbidimetría y la nefelometría?
En la turbidimetría se compara la intensidad del rayo de luz que emerge con la del que llega a la disolución. En cambio, en la nefelometría la medida de la intensidad de luz se hace con un ángulo de 90º con respecto a la radiación incidente.
POLARIMETRÍA
Es una técnica de análisis que consiste en medir la actividad óptica de compuestos tanto orgánicos como inorgánicos. Un compuesto es considerado ópticamente activo si la luz linealmente polarizada sufre una rotación cuando pasa a través de una muestra de dicho compuesto.
La Polarización Es un fenómeno que puede producirse en las ondas
electromagnéticas, por el cual el campo eléctrico oscila solo en un plano determinado, denominado plano de polarización.
Figura 9: Polarizaciónde la luz.
POLARIMETRÍA
Rotación óptica o actividad óptica 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).
Quilaridad Es la propiedad que tienen ciertas moléculas de poder
existir bajo dos formas que son imágenes especulares la una de la otra, es decir, una es la imagen reflejada en un espejo de la otra.
Figura 10: Quilaridad.
POLARIMETRÍA
Rotación específica
La rotación específica de una sustancia química es simplemente una rotación angular obtenida en condiciones de medición estándar: concentración, longitud del tubo, temperatura y longitud de onda. La mayoría de las rotaciones específicas tiene como referencia la longitud de onda del sodio, de 589 nm.
Cada sustancia ópticamente activa tiene su propia rotación específica, determinada por la siguiente ecuación de Biots:
Cada sustancia ópticamente activa tiene su propia rotación específica,
determinada por la siguiente ecuación de Biots:
POLARIMETRÍA
Instrumentación
Figura 11: Partes de un polarímetro.
POLARIMETRÍA
Instrumentación
Partes de un polarímetro
POLARIMETRÍA
Origen de las señalesLa luz polarizada es aquella que ha pasado a través de un
“polarizador”, que fuerza ondas electromagnéticas aleatorizadas hacia un plano. Cuando esta luz polarizada en un plano pasa a través de una sustancia ópticamente activa, el PLANO de polarización se gira en una cantidad que es característica de la sustancia examinada.
Figura 11 : Polarímetro.
POLARIMETRÍA
Información Cualitativa y Cuantitativa
La polarimetría es una técnica de alto rendimiento para el análisis de líquidos ópticamente activos, como, por ejemplo, las soluciones azucaradas, el ácido láctico o el ácido tartárico. La medición del ángulo de giro de la luz con polarización lineal al atravesar una sustancia ópticamente activa pertenece al repertorio estándar de las prácticas de laboratorio químicas, bioquímicas y farmacéuticas. Estas ofrecen información valiosa acerca de la estructura química, la quilaridad y la concentración de una prueba.
POLARIMETRÍA
Fuentes de error
El ángulo de rotación de una sustancia ópticamente activa puede ser afectada por:
Concentración de la muestraLongitud de onda de la luz que pasa a través de la
muestraTemperatura de la muestraLongitud de la celda de muestra
Polarímetros más modernos tienen métodos para compensar o controlar estos errores
POLARIMETRÍA
Ejemplo Determinación de la cantidad de sacarosa
contenida en una muestra. Se preparan varias soluciones patrón de sacarosa en agua
en cantidades suficientes para poder llenar el tubo del polarímetro. Es aconsejable preparar primero la disolución mas concentrada y obtener a partir de ella, por dilución, las restantes.
Se llena con cada una de ellas el tubo del polarímetro y se mide el correspondiente ángulo de la luz polarizada. Las lecturas deberán hacerse con el tubo completamente lleno de disolución.
En un gráfico, se representará la variación lineal del ángulo de giro (en ordenadas) con la concentración en las abscisas.
Una vez obtenido este grafico, se efectúa la medida del correspondiente ángulo de giro de la luz polarizada que ocasiona la muestra problema.
POLARIMETRÍA
Aplicaciones
La polarimetría puede ser usada para identificar sustancias cualitativamente, así como caracterizar y distinguir enantiómeros, medir la pureza o para llevar el control de calidad en las industrias químicas y farmacéuticas.
El polarímetro es usado en la industria química, farmacéutica, hospitales, institutos, universidades y laboratorios de investigación ya que, midiendo la rotación óptica de las sustancias orgánicas con la ayuda del polarímetro, podemos conocer el grado de pureza, concentración y contenido de cientos de materiales activos ópticamente, como soluciones de azúcar, trementina, aceites industriales, alcanfor, etc.
REFRACTOMETRÍA
Es una técnica analítica que consiste en la medida del índice de refracción de un líquido con objeto de investigar su composición si se trata de una disolución o de su pureza si es un compuesto único.
¿Que es la refracción?
Cuando se pone un lápiz en el agua, la punta del lápiz aparece inclinada. Luego, si se hace lo mismo pero colocando el lápiz en una solución de agua azucarada, la punta del mismo aparecerá más inclinada. Este es el fenómeno de la refracción de la luz.
REFRACTOMETRÍA
Origen de las señales
Un rayo de luz que pasa oblicuamente desde un medio hacia otro de diferente densidad, cambia su dirección cuando traspasa la superficie. Este cambio en la dirección se denomina refracción. Cuando el segundo medio es más denso que el primero, el rayo se aproxima a la perpendicular trazada sobre la superficie divisoria en el punto de incidencia. La causa fundamental de este cambio en la dirección se debe al cambio en la velocidad de la luz que se hace más lenta cuanto más denso sea el medio por el que pasa el haz.
REFRACTOMETRÍA
Información Cuantitativa y Cualitativa Los sólidos solubles
La concentración de sólidos solubles define el efecto de la temperatura, la medición de estos representa uno de los principales análisis a realizar durante la refractometría. Este proceso constituye la piedra angular de diversos procesos industriales como la elaboración de jugos.
Grados Brix Los grados Brix (símbolo °Bx) miden el cociente total de
sacarosa disuelta en un líquido. Por ejemplo, una solución de 25 °Bx tiene 25 g de sacarosa por 100 g de líquido.
Grados BauméUn grado Baumé equivale a 17 gramos por litro de
azúcar o peso potencial de la muestra.
REFRACTOMETRÍA
InstrumentaciónRefractómetros
Los refractómetros son instrumentos de medición, en los que éste fenómeno de la refracción de la luz se pone en práctica. Ellos se basan en el principio por el cual, cuando aumenta la densidad de una sustancia, el índice de refracción aumenta proporcionalmente con la concentración de la sustancia.
Figura 12:
Partes de un
refractómetro
REFRACTOMETRÍA
Calibración del Refractómetro
Antes de calibrar el instrumento, se debe asegurar de que en el refractómetro, el agua y la muestra del fluido estén a temperatura ambiente, ya que una calibración adecuada depende de la temperatura. El procedimiento es el siguiente:
Colocar una gota de agua entre la cubierta de plástico (6) y el prisma (7). Mantener el refractómetro horizontalmente y apuntar a una fuente de luz. Observar en el ocular (1) y ajustar la perilla de calibración de la escala (4) hasta que la línea límite, que separa las áreas claras y oscuras de la escala, se encuentre colocado en el cero sobre la escala.
REFRACTOMETRÍA
RefractómetrosLos aparatos más importantes se basan en dos
principios: refractómetros de ángulo límite o crítico y los refractómetros de desplazamiento de imagen.
Refractómetros de ángulo límite En estos aparatos se observa el campo del ocular
dividido en una zona obscura y otra clara. La separación entre ambas corresponde al rayo límite.
Figura 13: Esquema de un refractómetro de ángulo limite.
REFRACTOMETRÍA
Refractómetros Abbe Los refractómetros Abbe se caracterizan por su sencillo
manejo y por unas cantidades de muestra reducidas. La medición de las muestras sólidas o pastosas es igualmente sencilla que la de las muestras líquidas.
Figura 14: Refractómetro Abbe.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 oscura debido al ángulo límite.
REFRACTOMETRÍA
Ejemplo
Determinación de la concentración de acetona. Se miden en el refractómetro los índices n1 y n2 de
refracción de la acetona y del tetracloruro de carbono.A continuación se preparan cinco disoluciones patrón. Se miden los índices de refracción n de cada una de las
disoluciones y se representan en un diagrama cartesiano en función de las concentraciones. Una vez obtenida la recta representativa, se mide el índice de refracción de la muestra desconocida, al cual corresponderá en la grafica construida anteriormente, un valor c1 que será la concentración de la acetona expresada en mol/Litro.
REFRACTOMETRÍA
Aplicaciones
Para monitorizar la pureza del butadieno y estireno para la fabricación del caucho.
En la industria alimentaria para la semilla de soja o del aceite de semilla de algodón
El índice de refracción tiene muchas aplicaciones en el campo de la Química, como la identificación de productos, análisis cuantitativo de soluciones, determinación de la pureza de muestras, y son útiles para determinar momentos dipolares, estructuras moleculares y pesos moleculares aproximados.
REFRACTOMETRÍA
Aplicaciones
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.
¿Preguntas?
