Usos del refractómetro en la industria y la selección

- Mar 08, 2018 -

Usos del refractómetro en la industria y la selección

Usos del refractómetro en la industria y la selección

Un refractómetro caracteriza los fluidos en función de su índice de refracción: la refracción se produce debido al cambio en la velocidad de la luz a medida que viaja a través de un material de una densidad a otra de diferente densidad. Por definición, un vacío tiene un índice de refracción de 1, y el índice de refracción de una solución o fluido puro se calcula mediante la ecuación:

Índice de refracción = velocidad de la luz en el vacío / velocidad de la luz a través de la sustancia

La luz pasa más lentamente a través de los medios a medida que las muestras se vuelven más densas o más concentradas. Por lo tanto, el aire tiene un índice de refracción de 1.000293, el índice de refracción del agua es 1.33298 a 20 ° C, y el benceno es 1.501, mientras que el índice de refracción del sevoflurano anestésico oscila entre 1.2745 y 1.2760.

El índice de refracción se basa en la Ley de Snell, que describe la relación entre el ángulo de incidencia y el ángulo de difracción para la luz que llega al límite entre dos medios diferentes, por ejemplo, una solución líquida y aire. Wikipedia proporciona una buena información sobre el índice de refracción y la ley de Snell.

Cualquiera que haya visto el remo de un bote "doblado" al entrar al agua ha experimentado la refracción de primera mano. El fenómeno surge de la propagación más lenta de las ondas de luz a través del agua en comparación con el aire. Los refractómetros comerciales funcionan según el mismo principio, aunque el grado de "flexión" se mide con precisión.

El índice de refracción es una característica física única y constante de las sustancias puras, como el aceite de limón, pero su uso más común es para calcular la concentración de sustancias disueltas en el agua. La medición del contenido de azúcar en agua ("brix") es una aplicación común. La Figura 1 ilustra que cuanto mayor sea la concentración, mayor será el índice de refracción.

Figura 1

Concentraciones / índice de refracción.

Refractómetro - Longitud de onda y temperatura

Las mediciones de refractometría dependen en gran medida de la longitud de onda de la luz aplicada a la muestra y de la temperatura de la muestra. Los refractómetros estándar usan la longitud de onda 589.3 nanómetros (omiten la emisión de la línea D de sodio) y toman medidas a 20º C. Mientras la longitud de onda sea fija, las temperaturas de la muestra variarán a menos que se controle y afectará significativamente las mediciones de refractometría.

Los líquidos y las soluciones se vuelven menos densos a temperaturas más altas, por lo que la luz que pasa a través de muestras a temperaturas más altas encuentra menos moléculas de soluto (y solvente). Por lo tanto, cabría esperar que el índice de refracción a 25 ° C sea ligeramente inferior a los 20 ° C. Una forma de compensar la temperatura es aplicar una corrección numérica para variaciones de temperatura de 20 ° C -

La corrección numérica razonable basada en las tablas de corrección ICUMSA funciona bien para las sustancias puras de azúcar y agua en las que existe una relación lineal entre el índice de refracción y el cambio de temperatura. La sustancia disuelta adicional se vuelve menos pura y cuanto más lejos está la muestra de 20C, mayor es el error matemático potencial. La fórmula de corrección de temperatura más común aplicada es la desarrollada por ICUMSA cuando crearon la tabla BRIX que aproxima la diferencia entre el índice de refracción en la medición y en las temperaturas de referencia.

Los factores de corrección del índice de refracción son diferentes para todas las soluciones y líquidos puros. Algunos instrumentos de alta gama aplican un factor de corrección automáticamente, una característica conocida como compensación automática de temperatura o corrección automática de temperatura. Sin embargo, la solución más confiable para las temperaturas no estándar es la capacidad de calentar o enfriar la muestra con precisión a 20º C. Los sistemas más eficientes proporcionan calefacción y refrigeración tanto por encima como por debajo de la muestra, y emplean calefacción / refrigeración Peltier en lugar de el baño de agua tradicional.

El mantenimiento del baño de agua es un ejercicio que requiere mucho tiempo y consiste en cambiar y cubrir el agua periódicamente y agregar un alguicida. Además, la temperatura del baño de agua en sí requiere medición y calibración. El control de temperatura electrónico de Peltier es más compacto que los baños de agua y proporciona una mayor precisión de temperatura y un equilibrio más rápido.

A diferencia de la espectroscopía, que puede identificar sustancias basadas únicamente en su absorción, la refractometría es útil solo cuando se conoce el material que se analiza. Por ejemplo, una solución de sal a una concentración puede tener el mismo índice de refracción que una solución de azúcar de una concentración diferente. A pesar de esta limitación, los refractómetros son omnipresentes en laboratorios industriales y científicos, particularmente en entornos de control de calidad donde una medición rápida del índice de refracción indica si el producto cumple con las especificaciones. Las siguientes aplicaciones son solo la punta del iceberg de posibilidades:

  • Salinidad de agua

  • Dulzura de las bebidas

  • Contenido de hidrocarburos de los combustibles para motores

  • Brix, o concentración de azúcar en una fermentación

  • Concentración de jarabe de arce

  • Proteína en solución

Usos y selección del refractómetro para la industria

Debido a que los laboratorios tienen necesidades muy diferentes en función de sus aplicaciones, el entorno de medición, los requisitos de cumplimiento, la capacitación del operador y los proveedores de refractómetros de nivel de experiencia han respondido ofreciendo numerosos modelos para cumplir con las diversas configuraciones de la industria. Estos van desde unidades de escritorio a portátiles, electrónicas / digitales a manuales, con diferentes niveles de precisión y documentación.

Para los usuarios de todos los días, el rendimiento es un factor obvio en la compra de un refractómetro. Las personas que compran estrictamente el precio pueden estar perdiendo valor. Los refractómetros tienden a durar mucho tiempo si se mantienen adecuadamente. Al darse cuenta del valor total de un instrumento analítico, es necesario que el comprador comprenda el valor de sus mediciones, la frecuencia de uso y el costo o la oportunidad perdida de una lectura incorrecta. La diferencia de costo entre un instrumento de baja calidad y un refractómetro de calidad puede ascender a unos pocos centavos por medición durante la vida útil del instrumento.

Los refractómetros pequeños, portátiles o de tamaño de la palma de la mano, que cuestan entre $ 200 y $ 2,000, generalmente se usan para tareas específicas, como probar vino o anticongelantes. Estos instrumentos pueden ser electrónicos o a batería, o modelos no electrónicos que dependen de la luz ambiental y requieren que el usuario tome una determinación visual. Los diseños electrónicos / digitales tienden a ser algo más grandes y caros, pero proporcionan una mayor precisión. Los refractómetros pequeños son ideales para el trabajo de campo, el hogar, para llevar el "laboratorio" a la muestra y no al revés.

Los refractómetros de laboratorio en el rango de precio de $ 7,000 a $ 14,000 son instrumentos de caballo de batalla para las grandes compañías manufactureras que buscan mantener un alto nivel de calidad y el cumplimiento de estrictas pautas de calidad. El mayor costo se justifica por la óptica y el rendimiento superiores de los instrumentos. Donde los modelos de mano proporcionan una resolución entre 0.1 y 0.01, los instrumentos de laboratorio bajan a 0.0001. Estos refractómetros suelen interactuar con una computadora y son los instrumentos de elección para los laboratorios de alto rendimiento que buscan tanto la precisión como la integridad de los datos.

Para aplicaciones de investigación o aquellas que requieren una precisión muy alta, los refractómetros de laboratorio de primera línea brindan una precisión de 0.00001 y un rango de medición de índice de refracción completo, hasta 1.70000. Estos instrumentos cuentan con conectividad a computadoras así como a otros instrumentos.

Además de estas tres categorías de refractómetros de laboratorio, las empresas que trabajan en las industrias de proceso podrían considerar los refractómetros en línea que miden continuamente el índice de refracción.

Conclusión

La refractometría es un método analítico probado en el tiempo que sigue siendo un elemento básico de los laboratorios modernos. Seleccionar el refractómetro correcto depende de su necesidad de precisión, rendimiento de la muestra, ubicación de la medición e interoperabilidad con otros instrumentos, y requisitos para el manejo y procesamiento de datos.


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