Informe de Refractometría (1)

INFORME DE LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL PRÁCTICA: REFRACTOMETRÌA

PRESENTADO POR: ALEXANDRA UBAQUE BEDOYA CÓD. 1088328582 EDGAR ANDRÉS CARDONA DUQUE CÓD. 1088334064

DOCENTE: MARIBEL MONTOYA GARCÍA

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGÍAS PROGRAMA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA

JUNIO 2015

1. OBJETIVOS Reconocimiento de los diferentes modelos de refractómetros y de sus partes externas e internas, distinguir los componentes básicos de un refractómetro y su función. Calibrar y manejar correctamente el refractómetro. Medir el índice de refracción y calcular la refracción específica y molar de diferentes tipos de sustancias para su identificación. Analizar cuantitativamente mezclas binarias comunes mediante la variación del índice de refracción con la composición de la mezcla, utilizando gráficas de índice de refracción contra concentración. Determinación del grado Brix a diferentes sustancias. Aplicar la técnica refractométrica en el control de calidad de: Licores, jarabes, solventes, alimentos y otros productos comerciales.

2. EQUIPOS MATERIALES Y REACTIVOS             

1 refractómetro, con termómetro, sistema termostático y llave o atornillador para calibrarlo. 1 gradilla. 12 tubos de ensayo de 100x12 1 frasco lavador de polietileno. 1 pipeta graduada en centésima o milésimas de 1 mL. 1 Pera pipetiadora de tres vías, jeringa o dispensador. 1 gotero. Algodón o papel suave para la limpieza del refractómetro. 1 sustancia (líquido puro) de índice de refracción conocido para calibrar el Refractómetro. 1 vidrio de calibración para calibrar o verificar la calibración del refractómetro. Alcohol o acetona para la limpieza de los primas. 2 solventes orgánicos de los cuales debe conocer su densidad, peso molecular y % de pureza. Solución de cloruro de níquel 0.25 M

3. PROCEDIMIENTO 3.1. Reconocimiento del equipo.

Figura 1 Refractómetro de Abbé Fisher Scientific

Rango

Rango temperatura

Índice de Refracción - 1,30 a 1.7lηD. Sólidos Disueltos- 0 a 85% [sacarosa (Brix) escala]. ± 0,0001 Índice de Refracción ± 0,05% de sólidos disueltos. Escala internamente iluminada (a través de la lámpara de tungsteno); lee directamente 0,0005 en el índice de refracción, el 0,2% en porcentaje de sólidos disueltos. [Sacarosa (Brix) escala]. 0 ° a 80 ° C.

Volumen de la muestra

0,03 ml de producto líquido.

Tipos de muestra

Tipo de lámpara

Líquidos y sólidos transparentes y opacos. Películas delgadas deben ser 0,0001 mm o más de grosor. Tungsteno.

Vida de lámpara

Vida Media aprox. 500 horas.

Precisión Pantalla

Lámpara de longitud de onda operativa Voltaje de la lámpara

La línea D de sodio, 589,3 nm. 6.3 Volts

Tabla 1 Especificaciones Refractómetro Fisher Scientific ABBE 3L

3.2. Instalación y limpieza del refractómetro. Se conectó el refractómetro y se procedió a limpiar los prismas con algodón y con etanol. Se humedeció una mota de algodón con alcohol y se limpiaron los prismas, posteriormente se tomó algodón seco y se limpió la humedad. Se desecharon las motas de algodón usadas y se repitió el procedimiento tres veces. 3.3. Calibración del refractómetro. Se colocaron unas gotas de un líquido de índice de refracción conocido hasta que se humedeció toda la superficie del prisma de medición. Se cerraron los prismas y se ajustaron bien. Si el líquido era transparente o poco coloreado se hacían las medidas con luz transmitida. Si el líquido era opaco, las medidas se hacían con luz reflejada. Se miró por el ocular y e iluminó la escala de índice de refracción n, luego e giró el ocular para enfocar la escala hasta verla nítida. Se giró la perilla de medición para llevar la escala de medición a indicar exactamente el índice de refracción n del líquido hasta el cuarto decimal. Los líquidos utilizados para la calibración fueron agua, etanol, diclorometano, tolueno y metanol. 3.4. Determinación de la concentración de una solución de cloruro de níquel. 3.4.1. Preparación de los patrones. Se procedió a preparar 1 mL de soluciones patrón de cloruro de níquel de 0.00 hasta 0.25 M, partiendo de una solución 0.25 M. Previamente se hicieron los cálculos necesarios para preparar dichos patrones: Patrón

1 2 3 4 5 6

Volumen de solución de NiCl2 0.25 M (mL) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Volumen de agua destilada (mL) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

Concentración del patrón 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

Tabla 2 Volúmenes de agua destilada y solución de NiCl2 utilizados para preparar 1 mL de los patrones

3.4.2. Medición del índice de refracción n y grados Brix de los patrones. Se midieron los índices de refracción n de los patrones y sus grados Brix para construir una curva de calibración. 3.4.3. Medición del índice de refracción n y grados Brix de la muestra con concentración desconocida. Se tomó 1 mL de una muestra problema y se midieron su n y grados Brix para determinar su concentración observando los datos de la curva de calibración para saber si el n y grados Brix se encontraban dentro o fuera de ésta. Si se encontraban fuera de la curva se procedería a hacer una dilución de la muestra. 3.4.4. Dilución de la muestra problema. Se tomaron 0,3 mL de la muestra y 0,1 mL de agua destilada para hacer la dilución de la muestra, obteniéndose así un factor de dilución de 4/3. 3.5.

Determinación del % v/v de una mezcla binaria de solventes orgánicos 3.5.1. Selección de los solventes orgánicos a utilizar para preparar los patrones. Se observó la tabla de solventes orgánicos con sus respectivos índices de refracción y se seleccionaron dos, cuyos n estuvieran alejados y que fueran miscibles. Los solventes seleccionados fueron diclorometano (CH2Cl2) y etanol absoluto (CH3CH2OH) con índices de refracción nD20 de 1.4244 y 1,3610 respectivamente. 3.5.2.

Preparación de los patrones.

3.5.3.

Se prepararon 1 mL de patrones de % v/v CH2Cl2 / CH3CH2OH dese 00/100 hasta 100/00 Medición del índice de refracción n y grado Brix de los patrones.

3.5.4.

Se midieron n y los grados Brix de los patrones para construir una curva de calibración. Medición del índice de refracción n y grados Brix de la muestra con concentración desconocida. Se tomó 1 mL de la muestra y se midieron su n y sus grados Brix para determinar su % v/v observando los datos de la curva de calibración para

saber si éstos se encontraban dentro de dicha curva. Si no se encontraban dentro de ésta, se procedería a hacer una dilución. 3.6.

3.7.

Medición del índice de refracción n y grados Brix de algunos productos comerciales. Se midieron el n y grados Brix de la mermelada, salsa de tomate y la miel. Aplicación de la técnica refractométrica para el control de calidad de un producto comercial. Se aplicó la técnica refractométrica para determinar la concentración de sacarosa en la gaseosa BigCola lima-limón. Previamente se liberó el gas contenido en la gaseosa para poder hacer una buena lectura en el refractómetro. 3.7.1. Preparación de soluciones patrón de sacarosa. Primero se preparó una solución de sacarosa de 15 g/100 mL y posteriormente se procedió a preparar 10 mL de soluciones patrón de sacarosa de 6 hasta 15 g/100mL. Previamente se hicieron los cálculos necesarios para preparar dichos patrones: Patró n 1 2 3 4

Volumen de solución de Sacarosa (mL) 10 15 20 25

Volumen de agua destilada (mL)

Concentración del patrón (g/100mL)

15 10 5 0

6 9 12 15

3.7.2.

4.

RESULTADOS 4.1.

Índices de refracción y grados Brix de los patrones de NiCl 2 y de la muestra.

Patrón

Concentración (M)

1 2 3 4 5 6 Muestra Muestra diluída

0.0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 X X

Índice de refracción (nD25) 1.3325 1.3335 1.3345 1.3366 1.3387 1.3402 1.3440 1.3380

Índice de refracción corregido (nD20) 1.3345 1.3355 1.3365 1.3386 1.3407 1.3422 1.3460 1.3400

Grados Brix (%) 0.0 0.2 0.9 2.4 3.8 4.7 5 3.3

Tabla 3 Índices de refracción y grados Brix de los patrones de NiCl 2 y la muestra concentrada y diluída

Curva de calibración.

Patrones 1.34 1.34 1.34 1.34

1.34 f(x) = 0.03x + 1.33 1.34 1.34

1.34 Indice de refraccion 1.34 1.34 1.33 1.33

Patrones Linear (Patrones)

1.33 1.33 0

0.1 0.2 0.3

Concentracion(M)

Figura 2 Curva de calibración para determinar concentración de NiCl 2 4.2.

Índices de refracción de los patrones de diclorometano/etanol y de la muestra. Proporción volumen en 1 mL Diclorometano:Etanol 0:10 1:9 2:8 3:7 4:6 5:5 6:4 7:3 8:2 9:1 10:0 Muestra

n

Grados Brix (%)

1,3619 1,3646 1,3675 1,3718 1,3750 1,3805 1,3872 1,3937 1,3943 1,4072 1,4216 1,3720

18,7 20,4 22 24,6 26,4 29,5 33,2 36,7 37 40,6 41,6 24,7

Tabla 4 Índices de refracción de los patrones de la mezcla de CH2Cl2/CH3CH2OH y de la muestra.

Curva de calibración.

Patrones 1.44 1.42 1.4 f(x) = 0.01x + 1.36 Indicce de refraccion 1.38 1.36

Patrones Linear (Patrones)

1.34 1.32 0

5

10 15

Proporcion volumen Diclorometano

Figura 3. Curva de calibración para determinar concentración Diclorometano-Etanol. 4.3.

Índice de refracción y grados Brix de algunos productos comerciales.

Producto Mermelada Salsa de tomate Miel

Índice de refracción (nD25) 1.4455 1.3860

Índice de refracción corregido (nD20) 1.4475 1.3880

Grados Brix (%) 68 38

1.4855

1.4875

77.9

Tabla 5 Índices de refracción y grados Brix de algunos productos comerciales

4.4.

Índices de refracción y grados Brix de los patrones de sacarosa y de la muestra de gaseosa. Patrón

1 2 3 4 Gaseosa

Concentració n (g/100mL) 6 9 12 15 X

Índice de refracción (nD24) 1,5350 1,3489 1,3266 1,3416 1,3482

Índice de refracción corregido (nD20) 1,5366 1,3505 1,3482 1,3432 1,3498

Grados Brix (%) 13,60 10,60 8,20 4,90 10,10

Tabla 6 Índices de refracción de los patrones de sacarosa y de la muestra de gaseosa.

Curva de calibración.

Gaseosa 15.00%

10.00%

13.60% f(x) = 0.01x - 0.01 10.60% 8.20%

Grados Brix (%) 5.00%

Patrones Linear (Patrones)

4.90%

0.00% 4 6 8 10121416 Concentracion (g/100mL)

Figura 4. Curva de calibración para determinar concentración de sacarosa

5.

ANÁLISIS DE RESULTADOS 5.1. Determinación de la concentración de una solución de cloruro de níquel.

En la ecuación de la recta de la Figura 2 Curva de calibración para determinar concentración de NiCl2 y=0,0321 x+ 1,334 , donde: y = índice de refracción (n) x = Concentración (C) en molaridad 0.0321 = m = Pendiente de la recta. Quedando de la siguiente manera: n=0,0321C +1,334

Expresion #1 Indice de refraccion en funcion de la concentracion

De la muestra problema solo se conoce el indice de refraccion a 20ºC ( n =1.3400) reemplazando en la expresion #1 la concentracion (C) en funcion del indice de refraccion (n) queda asi: C=

(n−1,334) 0,0321

Expresion #2 Concentracion en funcion del indice de refraccion.

De la expresion 2 se reemplaza n=1,3400 y se obtiene la concentracion de la muestra problema: Cproblema diluida=

(1,3400−1,334 ) =0.1869 0,0321

Cproblema=0.1869∗Factor de dilucion=

0.1869∗4 =0,2492 3

La concentracion real es 0,15M 

Porcentaje de error: 0,2492−0,15 %Error= ∗100=66,1333 0,15



La sensibilidad del intrumento es la pendiente de la recta que se observa en la Figura 2 Curva de calibración para determinar concentración de NiCl2 Sensibilidad = 0,0321



El limite de deteccion (L.D) se obtiene reemplazando en la expresion #2 el numero de refraccion minimo tomado 1,3345 entonces:

L. D=

(1.3345−1,334) =0,01558 0,0321

  El limite de cuantificacion (L.C) = L.D*10 L. C=0,01558∗10=0,1558



Porcentaje de error instrumental:

%EI =

dn ∗100 mc

%EI= porcentaje de error instrumental, donde, dn = error refractometrico= 1*10-4, m= pendiente de la grafica de calibracion, c= concentracion de la muestra.

1∗10−4 %EI = ∗100=1,25 0,0321∗0,2492

5.2.

Determinación del % v/v de la mezcla binaria de diclorometano/etanol. y=0,0 055 x +1,3566 , donde:

En la ecuación de la recta ,

y = índice de refracción (n) x = % v/v de diclorometano 0,0055= m = Pendiente de la recta. Quedando de la siguiente manera: n=0,0055C +1,3566 Expresion #1 Indice de refraccion en funcion de la concentracion

De la muestra problema solo se conoce el indice de refraccion a 20ºC ( n =1.3400) reemplazando en la expresion #1 la concentracion (C) en funcion del indice de refraccion (n) queda asi: C=

(n−1,3566) 0,0055

Expresion #2 Concentracion en funcion del indice de refraccion.

De la expresion 2 se reemplaza n= y se obtiene la concentracion de la muestra problema: Cproblema diclorometano=

(1,3720−1,3566) =2,8 0,0055

Cproblema etanol=10−2,8=7,2

La concentración real es 2:8. 

Porcentaje de error: %Error=

8−7, 2 ∗100=8 10

%Error=



2,8−2 ∗100=8 10

La sensibilidad del intrumento es la pendiente de la recta que se observa en la Sensibilidad = 0,0055



El limite de deteccion (L.D) se obtiene reemplazando en la expresion #2 el numero de refraccion minimo tomado 1,3619 :

L. D=

(1,3619−1,3566) =0,9636 0,0055

  El limite de cuantificacion (L.C) = L.D*10 L. C=0,9636∗10=9,6363



Porcentaje de error instrumental:

%EI =

dn ∗100 mc

%EI= porcentaje de error instrumental, donde, dn = error refractometrico= 1*10-4, m= pendiente de la grafica de calibracion, c= concentracion de la muestra. 1∗10−4 %EI = ∗100=6,4935∗10−3 0,0055∗2,8

5.3.

Determinación de la concentración de sacarosa en la gaseosa BigCola lima-limón.

En la ecuación de la recta de la Figura 4. Curva de calibración para determinar concentración de sacarosa, y=0,0095 x−0,0065 , donde: y = Grados Brix (%) x = Concentración (g/100mL) 0.0095 = m = Pendiente de la recta. Quedando de la siguiente manera: n=0,0095C−0,0065

Expresion #1 Indice de refraccion en funcion de la concentracion

De la gaseosa se conocen los grados brix y el indice de refraccion reemplazando en la expresion #1 la concentracion (C) en funcion de los grados brix quedaria de la siguiente manera: C=

(Grados brix+0,0065) 0,0095

Expresion #3 Concentracion en funcion de los grados brix.

De la expresion 3 se reemplaza n=0,1010, y se obtiene la concentracion de la muestra problema: Cgaseosa=

(0,1010+0,0065) =11,3158 0,0095

Cgaseosa = 11,3158 Se investigo que la verdadera concentracion de la muestra es Cproblema REAL = 10g/100mL

Porcentaje de error: %error=



11,3158−10 ∗100=13,15 10

La sensibilidad del intrumento es la pendiente de la recta que se observa en la Figura 4. Curva de calibración para determinar concentración de sacarosa Sensibilidad = 0,0095



El limite de deteccion (L.D) se obtiene reemplazando en la expresion #3 los grados brix por los minimos tomados 4.9% = 0.049, entonces:

L. D=

(0,049+0,0065) =5,8421 0,0095

  El limite de cuantificacion (L.C) = L.D*10 L. C=5,8421∗10=58,421 

Porcentaje de error instrumental:

%EI =

dn ∗100 mc

%EI= porcentaje de error instrumental, donde, dn = error refractometrico= 1*10-4, m= pendiente de la grafica de calibracion, c= concentracion de la muestra. 1∗10−4 %EI = ∗100=0,0930 0,0095∗1 1,3158 6.

REFLEXIONES  ¿Qué

factores

afectaron

las

medidas

del

índice

de

refracción?

El índice de refracción de una sustancia pura depende de la naturaleza de la sustancia, de la longitud de onda de la radiación con que se mida, de la temperatura y en los gases y vapores, es necesario considerar la presión. Para el caso de sustancias en solución depende además, de la concentración.  ¿En el instrumento que determina el máximo índice de refracción qué se pueda medir? Es conveniente aclarar que el índice de refracción del prisma de medición limita el máximo índice de refracción que se puede medir con el instrumento. No puede medirse el índice de refracción de una sustancia que tenga un índice de refracción mayor que el índice de refracción del prisma de medición ya que el resultado es una reflexión total. El prisma de medición del refractómetro de Abbé tiene un índice de refracción conocido que normalmente es de 1.700 en algunos instrumentos y en otros de 1.7100.  ¿Por qué es más débil el contraste del campo óptico cuando se usa luz reflejada? Es débil porque al reflejarse un haz de luz no polarizado sobre una superficie, la luz reflejada sufre una polarización parcial de forma que el componente del campo eléctrico perpendicular al plano de incidencia (plano que contiene la dirección del rayo de incidencia y el vector normal a la superficie de incidencia) tiene mayor amplitud que el componente contenido en el plano de incidencia. Cuando la luz incide sobre una superficie no absorbente con un determinado ángulo, el componente del campo eléctrico paralelo al plano de incidencia no es reflejado. Este ángulo, conocido como ángulo de Brewster, en honor del físico británico David Brewster, se alcanza cuando el rayo reflejado es perpendicular al rayo refractado. La tangente del ángulo de Brewster es igual a la relación entre los índices de refracción del segundo y el primer medio.

 ¿Por qué la refracción específica y molar no son afectadas por la temperatura? La refracción específica (r) y refracción molar (R) calculadas mediante la relación de Lorentz Lorenz, como también el cálculo de la refracción molar mediante las refracciones atómicas, pueden servir para confirmar la identidad de la sustancia.

Relación de Lorentz Lorenz: la refracción molar (R) es igual a la refracción específica (r) multiplicada por el peso molecular (M), luego R = r × M. En la relación de Lorentz n es el índice de refracción del compuesto, d es la densidad. La fórmula de Lorentz es una relación empírica que no cambia con la temperatura, tiene una base teórica para ciertas clases de líquidos y ha sido muy empleada en estudios estructurales.

 ¿Cómo puede determinar la confianza en los resultados analíticos obtenidos? La confianza se puede determinar por medio de reiteraciones en las medidas, sacando un promedio que permita hallar la deviación de los datos obtenidos y por medio de este un error absoluto. También se puede adquirir una confiabilidad conociendo el error instrumental que se determina por medio de una curva de calibración a la que se le calcula la pendiente de la recta, relación que permite hallar dicho error se muestra a continuación:

 ¿Cómo puede adaptar la técnica refractométrica para el control de calidad y controlar algunos procesos industriales? Las aplicaciones analíticas son útiles tanto en investigación como en control de calidad y el control de procesos. La técnica refractométrica es usada en:

1.Confirmación de la identidad de sustancias. 2. Determinar el grado de pureza de las sustancias. 3. Determinar la cantidad o concentración de sustancias en mezclas binarias y aún terciarias combinando el índice de refracción y concentración con algún otro parámetro fisco como la densidad o el punto de ebullición. 4. Análisis de muestras y corrientes en proceso tales como en la destilación y evaporación. 5. Cálculo de propiedades de polímeros tales como el peso molecular, tamaño y forma. 6. Cálculo de propiedades físicas tales como reflexión y dispersión. 7. Como sistema de detección en equipos cromatográficos. 8. Para medir el Brix (porcentaje de sólidos en soluciones acuosas). Sus múltiples aplicaciones están en las industrias de: licores, azúcar, alimentos, bebidas, solventes orgánicos, farmacéutica, laboratorio clínico etc. Además por ser una técnica sencilla y de bajo costo se puede aplicar al control de calidad de una gran cantidad de productos comerciales; dependiendo de la capacidad y habilidad que tenga el analista químico para hacer uso de ella y adaptarla. 7.

CONCLUSIONES 









La refractometría es una de las técnicas más utilizadas en la industria, ya que ésta es económica y puede ayudar a determinar fácilmente las características importantes de una muestra, por ejemplo, su índice de refracción, sus grados Brix, y por medio de estos conocer la concentración o la proporción. Para obtener datos más precisos con el refractómetro, es muy importante la adecuada limpieza del instrumento, debido a que el no hacerlo conlleva a obtener datos erróneos. Cuando se utilizan líquidos volátiles, se debe ser muy rápido al momento de hacer las mediciones, pues si se tarda mucho en hacer la lectura, el líquido se evapora y por tanto no se puede medir su índice de refracción. Al momento de hacer las lecturas de índices de refracción, se debe tener en cuenta la temperatura a la cual se hace la lectura, pues éste depende de la temperatura, longitud de onda y pureza de la sustancia. Se debe tener en cuenta a la hora de elegir solventes orgánicos para aplicarles la técnica refractométrica si es fácil determinarles su índice de refracción, haciendo previamente una prueba con la sustancia pura.

8. BIBLIOGRAFIA: Federmán Castro E, Análisis instrumental l, manual de prácticas de laboratorio, Cámara colombiana del libro, Colombia 2014.

Federmán Castro E, Análisis instrumental espectrométricos, Apuntes de clase, Colombia.

Algunos

métodos

fotométricos

y

http://www.equipar.com.mx/web2012/wpcontent/uploads/2012/info_cat/spectronic/Refractometro_ABBE-3L.pdf http://www.ims.uconn.edu/wp-content/uploads/sites/190/2014/01/refractometermanual.pdf http://campus.usal.es/~quimfis/apoyo/Carmen/Practicas/PracticaRefractometria.PDF https://books.google.com.co/books? id=LkuQQuUHnIsC&pg=PA55&lpg=PA55&dq=refractometria+practica+laboratorio&sour ce=bl&ots=s6k1JyOcim&sig=VEkNnCfeACnC62r2Ur1SkU1wPNM&hl=es&sa=X&ei=_aa HVaayJsjYggT26aqIAQ&ved=0CDwQ6AEwBQ#v=onepage&q=refractometria %20practica%20laboratorio&f=false