Resumen de Métodos Ópticos

8/17/2019 Resumen de Métodos Ópticos

http://slidepdf.com/reader/full/resumen-de-metodos-opticos 1/14

Universidad Autónoma de ChiapasFACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

CAMPUS IV EXTESION OCOZOCOAUTLALicenciatura de Químico Farmacobiologo

Cuarto semestre

pág. 1

Resumen de métodos ópticos: teoría instrumentación y

usos.

MATERIA: Analítica III

DOCENTE: DR. Erick Ruiz Romero

ALUMNOS:Díaz Núñez ConradoEddie Geovanny López MartínezJuan Manuel Martínez HernándezCesar Iván Avendaño castellanoRicardo Camacho Delgado

Ocozocoautla de Espinosa, Chiapas, A 9de Abril del 2016.





Cuarto semestre

pág. 2

Índice

UNIDAD V.- MÉTODOS ÓPTICOS: TEORÍAINSTRUMENTACIÓN Y USOS………………………………………………3

OBJETIVOS ESPECÍFICOS…………………………………………………..3

REFRACTÓMETRIA……………………………………………………………3

USO………………………………………………………………………3TIPOS DE REFRACTÓMETRIA…………………………………….. 3-4PRINCIPIOS DE LA REFRACTÓMETRIA…………………………..4-6FENÓMENOS DE REFRACCIÓN Y ROTACIÓN DE LA LUZ…….6-7

APLICACIONES………………………………………………………… 7-8

POLARIMETRÍA…………………………………………………………………8

USO………………………………………………………………………8TIPOS DE POLARIMETRÍA…………………………………………...9PRINCIPIOS DE LA POLARIMETRIA………………………………..9-10LEYES…………………………………………………………………..10-11LUZ POLARIZADA…………………………………………………….11-12

APLICACIONES………………………………………………………. 12-13

REFERENCIAS………………………………………………………………..13-14





Cuarto semestre

pág. 3

UNIDAD V.- MÉTODOS ÓPTICOS: TEORÍA INSTRUMENTACIÓN Y USOS.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Describir los fenómenos de refracción y rotación de la luz con respecto a lamateria.

Comprender los principios fundamentales de la refractómetria ypolarimetría, así como el funcionamiento de los equipos para análisis demuestras.

REFRACTÓMETRIA

Se denomina refractómetria, al método de calcular el índice de refracción (una propiedadfísica fundamental de cualquier sustancia) de una muestra para, por ejemplo, conocer su

composición o pureza. Los refractómetros son los instrumentos empleados para determinar

este índice de refracción. A pesar de que los refractómetros son más eficaces para medir

líquidos, también se emplean para medir sólidos y gases, como vidrios o gemas. (Equipos

y Laboratorio de Colombia , 2011)

USO

La determinación del índice de refracción (una propiedad física fundamental decualquier sustancia) se usa, por ejemplo, para conocer la composición o pureza deuna muestra, a través de un instrumento llamado refractómetro.

Por esto, el uso de los refractómetros ha cobrado gran interés en el área de la fabricaciónde bebidas y un claro ejemplo está relacionado a la elaboración de vinos. La presencia deazúcares es uno de los parámetros fundamentales de la enología, debido a que esta familiade compuestos interviene prácticamente en todo el proceso de elaboración que conducedesde la uva al vino determinando la calidad del producto final.

TIPOS DE REFRACTÓMETROS:

Refractómetro de ángulo límite:

El campo de ocular está dividido en dos partes una zona oscura y la otraclara, la separación entre ambas corresponde al rayo límite. Su valordepende de la longitud de onda y del índice de refracción de la muestra y delprisma.





Cuarto semestre

pág. 4

Refractómetro de abbe:

Presenta dos prismas articulados entre los cuales se coloca la muestra. Enel centro de los prismas pasa un eje que permite mover el prisma derefracción.

Refractómetro de inmersión:

Es el más simple de todas, en prisma simple va montado un telescopio quecontiene en compensador y el ocular, la superficie inferior se sumerge en unpequeño vaso que contiene la muestra, con un espejo debajo para reflejar laluz hacia arriba a través del líquido.

Refractómetro de pulfrich:

Se usa para medidas precisas en disoluciones o líquidos muy volátiles,reactivos o higroscópicos:

Refractómetro de desplazamiento de imagen:

En estos instrumentos se mide el desplazamiento del rayo refractado enrelación al rayo incidente, se construye un prisma con la muestra y el índicese calcula en base al desplazamiento angulas de la luz al pasar por la

muestra.

Refractómetro diferencial :

Se emplea principalmente para el análisis de mezclas liquidas cuyo índice derefracción es una función simple de la composición por la cual se debecontrolarse cuidadosamente la temperatura, estos instrumentos empleanuna sola célula a través de la cual la luz es transmitida y el rayo es difractadoun ángulo cuyo valor depende de la diferencia del índice de refracción entrela muestra y la muestra estándar que constituye la célula (Refractometria,

2010)PRINCIPIOS DE LA REFRACTOMETRIA

Su principio se basa en un rayo de luz que pasa oblicuamente desde unmedio hacia otro de diferente densidad, cambia su dirección cuando traspasala superficie. Este cambio en la dirección se denomina refracción. Cuando elsegundo medio es más denso que el primero, el rayo se aproxima a la





Cuarto semestre

pág. 5

perpendicular trazada sobre la superficie divisoria en el punto de incidencia.

La causa fundamental de este cambio en la dirección se debe al cambio enla velocidad de la luz que se hace más lenta cuanto más denso sea el mediopor el que pasa el haz. La luz amarilla de la lámpara de sodio disminuye suvelocidad desde 3x1010 cm/s en el vacío hasta 2,25x1010 cm/s en el agua(Analitica III, 2010).

La luz viaja a diferentes velocidades a través de medios distintos y cuandoun rayo de luz cruza la interfaz entre dos sustancias, cambia de dirección. Elrayo emergente se conoce como rayo refractario y el fenómeno se denominarefracción. La velocidad de la luz a través de un medio depende de la longitudde onda (o el color) de la luz (Bellinghan & Stanley, 2016).

El fenómeno de la refracción está basado en el cambio de velocidad queexperimenta la radiación electromagnética al pasar de un medio a otro, comoconsecuencia de su interacción con los átomos y moléculas del otro medio.Dicho cambio de velocidad se manifiesta en una variación en la dirección depropagación (Analitica III, 2010).

Para emplear este principio se utiliza la refracción de la luz, ((la cual es unapropiedad física fundamental de cualquier sustancia), y la escala de mediciónde este principio se llama índice de refracción, Los refractómetros son losinstrumentos que emplean este principio de refracción ya sea el de

refracción, (empleando varios prismas), o el de ángulo crítico, (empleandosolo 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 paramedir en líquidos, sólidos y gases, como vidrios o gemas (EcuRed, 2016).

http://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtml

http://www.monografias.com/trabajos55/radiaciones-electromagneticas/radiaciones-electromagneticas.shtml

http://www.monografias.com/trabajos901/interaccion-comunicacion-exploracion-teorica-conceptual/interaccion-comunicacion-exploracion-teorica-conceptual.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos901/interaccion-comunicacion-exploracion-teorica-conceptual/interaccion-comunicacion-exploracion-teorica-conceptual.shtml

http://www.monografias.com/trabajos55/radiaciones-electromagneticas/radiaciones-electromagneticas.shtml

http://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtml





Cuarto semestre

pág. 6

De acuerdo (Véret, 2000), la idea es iluminar el líquido a analizar con luz

rasante y determinar el ángulo límite e que depende del índice n buscado y

del índice N del material sobre el que reposa el líquido y en el cual el rayo

rasante penetra.

n = N sin e

Este rayo continúa su camino y ataca la cara de salida del prisma con el

ángulo

r = α - e

Donde α es el ángulo del prisma.

El rayo sale entonces del prisma con el ángulo i de tal forma que

N sin r = sin i

El ángulo i se encuentra en relación con el índice buscado n. Un visor indica

el ángulo y se gradúa directamente en índice de refracción. El valor es

preciso con dos unidades del cuarto de decimal del valor del índice n.

FENÓMENOS DE REFRACCIÓN Y ROTACIÓN DE LA LUZ

Los fenómenos ocurren a cada instante en el universo y no nos damos

cuenta de ellos. El cosmos nos ofrece una gran variedad de fenómenos

que incluso no somos capaz de percibirlos ya que nuestros 5 sentidos nos





Cuarto semestre

pág. 7

limitan, nuestras capacidades no son suficientes para comprender los

fenómenos.

El ser humano por naturaleza teme a la oscuridad por eso desde que el

ser humano tiene conciencia ha manipulado fuentes de luz el fuego es un

a claro ejemplo o la bombilla común que todos tenemos en casa, esa

curiosidad de que el ser humano lo ha llevado a modular la luz y encontrar

las aplicaciones como la refracción.

¿Dispersión o reflexión? Una buena pregunta de cómo se comparta la luz,

la dispersión consiste en la desviación de la luz en todas direcciones y lareflexión es la desviación de la luz incidente de tal manera que el ángulo de

incidencia es igual al ángulo de reflexión. La iluminación de partículas de

polvo es un ejemplo de dispersión de luz.

La refracción es el cambio de dirección que un rayo de luz experimenta al

pasar por un cuerpo. Cuándo la luz viaja por el aire e incide sobre la

superficie de un vaso, parte de la luz es reflejada por dicha superficie y

parte absorbida. Sin embargo como el agua es transparente, la mayor parte

de la luz se transmite a través de ella. Y como tiene mayor densidad óptica

que el aire, la velocidad de la luz se reduce al entrar en el líquido.

APL ICACIONES DE LOS REFRACTÓMETROS

Existen diferentes aplicaciones para la refractómetria.

En la industria alimenticia: emplean en el análisis de productos líquidos y enel control de operaciones durante el procesamiento de diversos alimentos:leche y sus derivados (condensada, evaporada, productos lácteos…), frutas,

zumos, mermeladas, miel, salsas (ketchup, mostaza, sopas…), fabricación yrefinado de azúcar, bollería y repostería.

Los carbohidratos constituyen la mayor parte del peso seco de todas lasplantas terrestres y marinas, de modo que están presentes en todas lasfrutas, verduras, hortalizas, cereales y legumbres en distintas proporciones.





Cuarto semestre

pág. 8

Entre los productos de origen animal, la leche y la miel son los más

relevantes.Su contenido en azúcares, les confiere sus características sensoriales yagradable sabor, consciente de ello, el hombre ha ido elaborando durante lahistoria diferentes productos derivados con alto contenido en azúcares, talescomo: mermeladas, salsas, bebidas carbonatadas, puddings, sopas, etc.

Investigación: se aplica para determinar densidades de sustanciasdesconocidas así como secreciones de plantas, saliva de animales, etc.

Agricultura: ciertos aditivos orgánicos elevan la lectura de Brix del jugo de lascosechas como el maíz. Los jugos de algunas plantas con nivelesestandarizados de Brix funcionan como pesticidas naturales.

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 .(Luz, Optica, & Describir, n.d.)

USO DEL POLARÍMETRO :

El polarímetro se usa en diferentes áreas, tal para determinar la gravedadespecífica, pureza, concentración, y volumen de miles de materiales activos, comola solución de azúcar.

También puede usarse en la industria alimenticia, en la química y en lainvestigación científica para medir las sustancias orgánicas con la rotación ópticalos polarímetros de disco pueden usarse para medir el azúcar contenido y medir elcontenido de los condimentos de los alimentos (Polarimetria, 2010)

https://es.wikipedia.org/wiki/Actividad_%C3%B3ptica


https://es.wikipedia.org/wiki/Luz_polarizada

https://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Luz_polarizada







Cuarto semestre

pág. 9

TIPOS DE POLARIMETRÍA

De acuerdo a (Baume, 2011) existen dos tipos de polarimetría:

1.- Polarización “single object” o fotoeléctrica

-Se observa cada objeto varias veces introduciendo una rotación diferente en lapolarización en cada caso hasta completar un ciclo.

2.- Polarización “multi-object” o “de imagen”

-Se observa en cada objeto varias veces con diferentes rotaciones del retardador

-En cada observación se obtiene una imagen doble (rayo ordinario y rayoextraordinario) de varios objetos del campo o de un área de un objeto extendido

-Las medidas de las intensidades (o de los cocientes de ellas) permiten deducir losvalores de los parámetros de Stokes.

Los polarizadores son más eficaces en el medio del espectro óptico, para la luzamarilla y verde, pero no tan bueno en el rojo intenso y azul, y peor en el infrarrojoy ultravioleta. Por esta razón, vidrios polarizantes, incluso con "cruzados" ejes nuncadebe ser usado para mirar objetos muy brillantes como el sol. Hojas de cuarto deonda están "sintonizados" (mediante el control de su composición y espesor) a sermás eficaz en la porción media (amarillo) del espectro (Simanek, 2016).

La polarimetría puede también ser incluida en el análisis computacional de ondas.Por ejemplo, los radares a veces consideran la polarización de onda en post-procesado para mejorar la caracterización de los objetivos. En este caso, lapolarimetría puede ser usada para estimar la textura fina de un material, ayudar aresolver la orientación de pequeñas estructuras en el objetivo y, cuando sonutilizadas antenas polarizadas de manera circular, resolver el número de rebotes dela señal recibida (la quiralidad de las ondas polarizadas de manera circular sealterna con cada reflexión) (Schmid et al, 2006).

PRINCIPIOS DE LA POLARIMETRIA

La luz polarizada es aquella que ha pasado a través de un “polarizador”, una

sustancia que fuerza ondas electromagnéticas que vibran en infinitos planos

https://es.wikipedia.org/wiki/Quiralidad_(qu%C3%ADmica)

https://es.wikipedia.org/wiki/Quiralidad_(qu%C3%ADmica)





Cuarto semestre

pág. 10

hacia un único plano de vibración. Este principio tiene un fundamento más

profundo como el explicado a continuación en l haz de luz atraviesa un medio

inisótropo, la interferencia entre los rayos electromagnéticos ordinario y

extraordinario lleva a la producción de una radiación polarizada

elípticamente, circularmente o en un plano.

Estos diferentes efectos se pueden explicar cómo a continuación se

menciona; cuando dos trenes de onda de las misma frecuencia polarizados

según planos perpendiculares se desplazan en la misma dirección, la

resultante es un vector que no está en un plano, sino que describe unaelipse o un circulo. Si las dos vibraciones presentan una diferencia de fase

comprendida entre 0° y 90°, el vector describe una elipse.

LEYES

Leyes de Biot

Las 4 ecuaciones que relacionan la rotación (α) del plano de vibración de la luzlinealmente polarizada con la naturaleza y geometría del sistema ópticamente activoatravesado, se conocen como Leyes de Biot.

1. α= [α].l

2. α= [α].l.δ

3. α= [α].l.c





Cuarto semestre

pág. 11

4. αtotal=Σαi

Siendo:mide en grados sexagesimales

LUZ POLARIZADA

Las ondas luminosas no suelen estar polarizadas, de forma que la vibraciónelectromagnética se produce en todos los planos. La luz que vibra en un soloplano se llama luz polarizada

Este fenómeno de polarización solo se dacon ondas transversales, pero no conlongitudinales, ya que implica una asimetríarespecto del eje en la dirección depropagación. Si se demuestra que un hazluminoso puede ser polarizado, llegaremosa la conclusión de que las ondas luminosasson transversales.

Los filtros polarizadores están compuestos por una lámina especial que solopuede ser atravesada por luz de un plano de polarización y que absorbe al





Cuarto semestre

pág. 12

resto. Los fotógrafos utilizan filtros similares para eliminar los reflejos no

deseados. Los materiales conocidos como ópticamente activos son sustancias

transparentes que hacen girar el plano de polarización de la luz que lesimpacta. Esto se debe a la estructura espacial de sus moléculas. Algunosmateriales cuentan con la misma composición química, pero sus moléculasestán dispuestas espacialmente de forma simétrica. Estos son los llamadosenantiómeros, que rotan el plano de polarización de la luz en direccionesopuestas. Algunos ejemplos son el azúcar o el conocido ácido láctico delyogur, que lleva a cabo una rotación hacia la derecha y la izquierda. En lanaturaleza, por lo general, solo se da uno de los dos enantiómeros. Sinembargo, durante la síntesis química, ambos pueden ocurrir. Los diversosenantiómeros de una misma sustancia tienen efectos farmacológicosdiferentes y por ello deben separarse durante la producción farmacéutica, porejemplo, mediante la detección HPLC. La pureza de los productos dereacción puede determinarse mediante polarimetría. (GmbH)

APL ICACIONES DE LA POLARIMETRÍA

La rotación óptica de un compuesto puro es una constante física útil parafines de identificación junto con la medida de otras propiedades físicas. La

rotación óptica para diferentes azucares está tubulado tomando t=20° yLongitud de onda de 589nm Para identificar ciertos líquidos o soluciones como aminoácidos, esteroides,

alcaloides y carbohidratos Para medir la concentración de compuestos que son ópticamente activos por

ej.: carbohidratos como sacarosa, azúcar invertido y glucosa o almidón(medición cuantitativa de hidratos de carbono) o medir el grado de conversiónde ellos en procesos químicos o enzimáticos.

Análisis del azúcar de la remolacha. Análisis de otros azucares comerciales como la dextrosa, la lactosa y la

maltosa y productos que contienen estos azucares

Se utiliza la rotación óptica para la valoración de sustancias que sonópticamente activas, entre ellas aceites volátiles, alcaloides y alcanfor, casitodos estos compuestos exigen el uso de luz monocromática, ya que ladispersión rotatoria de la mayoría de dichos materiales es diferente de la delcuarzo.

Se pueden realizar curvas que relacionan la rotación óptica con laconcentración. Estas pueden ser lineales, parabólicas sin embargo el usomás extenso de la Polarimetria es en la industria de azúcar, para determinar





Cuarto semestre

pág. 13

la concentración de sacarosa. Si ella está sola en una solución la rotación

óptica es directamente proporcional a la concentración. Si están presentesotros materiales ópticamente activos el procedimiento es más complejo, Setiene que hacer una inversión del azúcar entonces la concentración seráproporcional a la diferencia de la rotación óptica antes y después de lainversión.

REFERENCIAS

Luz, C., Optica, A., & Describir, O. (n.d.). ONDAS ELECTROMAGNETICAS TRABAJO PRÁCTICO No 16POLARIMETRIA, 162 –171.

Avendaño, J. (1997). Manual completo de Intruccion primaria . Madrid : Dionisio .

Cabrera, V. M. (2004). Fisica Fundamental . México : Progreso .

Analitica III. (26 de Enero de 2010). clasesusanita. Obtenido el 8 de mayo de 2016 de:

http://clasesusanita.blogspot.mx/2010/01/refractometria-y-polarimetria.html

Bellinghan & Stanley. (2016). Direct Industry . Obtenido el 8 de mayo de 2016 de:

http://pdf.directindustry.es/pdf/bellingham-stanley-xylem-brand/principios-

refractometria/25236-5975.html

EcuRed. (2016). EcuRed . Obtenido el 8 de mayo de 2016 de:

http://www.ecured.cu/Refract%C3%B3metro

Véret, C. (2000). google books. Obtenido el 8 de mayo de:

http://books.google.fr/books?id=QMaPfYZdv9sC

Equipos y Laboratorio de Colombia . (2011). Obtenido de Equipos y Laboratorio de Colombia :

http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=3344

Refractometria, a. I. (26 de enero de 2010). analitica III. Obtenido de analitica III:


Polarimetria, A. I. (26 de enero de 2010). Analitica III. Obtenido de Analitica III:






Cuarto semestre

pág. 14

2016, ©. O. (s.f.). kruss A. Kruss Optropic. Obtenido de

http://www.kruess.com/laboratorio/productos/polarimetros/

Baume, G. (2011). Técnicas Observacionales. Obtenido el 8 de mayo de 2016 de:

http://fcaglp.fcaglp.unlp.edu.ar/~observacional/teoricas/2012/c15-polarimetria.pdf

Schmid et al, M. (Octubre de 2006). Cambridge Journals. Obtenido el 6 de mayo de 2016 de:

http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=430847&fileI

d=S1743921306009252

Simanek, D. (2016). lhup. Obtenido el 8 de mayo de 2016 de:www.lhup.edu/~dsimanek/14/polaroid.htm

Documents

Resumen de Métodos Ópticos