Facultad De Farmacia Y Bioanálisis

Escuela De Farmacia

Departamento De Análisis Y Control

Cátedra De Análisis Farmacéutico

Informe practica N°9:

Determinación de una mezcla por refractometría.

Día de laboratorio: martes

Turno: tarde

Mérida, 2 de junio de 2015

Fundamentos de la práctica.

Cuando un haz de radiación monocromática atraviesa con cierto ángulo la

interfase entre dos medios transparentes de diferentes densidades, se observa un

cambio abrupto de dirección, es decir, de refracción, del haz, como consecuencia

de una diferencia en la velocidad de la radiación en los dos medios. Cuando el haz

pasa de un medio menos denso a otro más denso, como en la figura 1, el cambio

de dirección es hacia la normal de la interfase. El cambio de dirección se aleja de

la normal cuando el haz pasa de un medio más denso a uno menos denso. A nivel

molecular este fenómeno se debe a la interacción entre el campo eléctrico de la

radiación y los electrones de las moléculas, originándose temporalmente

momentos dipolares inducidos. Este es el motivo por el que una cuchara

introducida parcialmente en un vaso con agua, se ve torcida.

Se cumple la siguiente relación, conocida como ley de Snell, que define el llamado

índice de refracción “n”:

n=sinθ1sinθ2

(1)

Donde “i” y “r” son los ángulos de incidencia y refracción que forma el haz con la

normal a la superficie de separación. A su vez, la interacción entre la radiación y el

medio ocasiona una reducción en la velocidad de la luz mientras ésta camina a

través del medio. Este fenómeno está relacionado con el índice de refracción por:

n=CV

Donde C, es la velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s) y V, la velocidad de la

luz en el medio, por ejemplo agua. Este índice de refracción medido frente al vacío

se denomina índice de refracción absoluto de la sustancia en cuestión y como la

luz no se puede mover en ningún medio más rápido que en el vacío (C > V) estos

índices de refracción siempre son mayores que 1. Al tratarse de una relación, el

índice de refracción no tiene unidades.

Por tanto el índice de refracción quedaría definido por:

n=sinθ1sinθ2

=CV

El índice de refracción de un medio depende de la temperatura y de la longitud de

onda de la radiación, por lo que al referirse a un índice de refracción han de

especificarse los valores de estas magnitudes. Por ejemplo, nD20significaría que el

índice de refracción se ha medido usando la linea D de emisión del sodio (589 nm)

a una temperatura de 20 ºC.

El índice de refracción de un líquido orgánico es bastante sensible a la

temperatura; a un aumento de temperatura de 1°C le corresponde un descenso de

n de 0,0004-0,0005. Puesto que incluso las medidas más usuales del índice de

refracción proporcionan una reproducibilidad de alrededor de 0,0002, resulta

(2)

(3)

evidente que es esencial el control de la temperatura para la precisión de las

medidas.

Otra variable importante es la longitud de onda de la luz utilizada en la medida del

índice de refracción. La variación de n con la longitud de onda se conoce como

dispersión óptica. Casi todos los índices de refracción tabulados para líquidos se

refieren a luz de longitud de onda 589,3 nm; esta radiación es la producida por una

línea intensa en el espectro de emisión del sodio y se hace referencia a ella como

la línea D del sodio.

Como el índice de refracción es característico para cada sustancia o mezcla de

sustancias, puede aplicarse en el análisis cualitativo y cuantitativo de sustancias

transparentes.

Se puede definir una magnitud molecular, denominada refracción molar (RM), del

modo siguiente (H.A. Lorentz y L.V. Lorentz, 1880):

RM=n2−1n2+2

xPMρ

Donde n es el índice de refracción, PM es el peso molecular y ρ es la densidad de

la sustancia.

Para la medida de índices de refracción se hace uso de refractómetros. El

principio de esta medida se ilustra en la figura 2. Considérese el medio, cuyo

índice de refracción nM se va a medir, en contacto con el prisma P. (en las figuras

2 a, b y c se muestra un rayo de luz incidente sobre la superficie del prisma y se

indican los ángulos de incidencia, i, sucesivamente mayores). Aplicando la

ecuación de Snell, tanto al medio como al prisma, y despejando, se comprueba

que el índice de refracción del medio viene dado por:

nM=nPsinθ2sinθ1

Donde nP es el índice de refracción del prisma.

Si el ángulo de incidencia se hace tan grande que llega a ser prácticamente igual a

90°, tal como se muestra en la figura 2d (lo cual se conoce como incidencia

rasante), el ángulo de refracción alcanza su máximo valor posible. En la práctica,

la luz que pasa a través del medio no es un rayo simple sino un haz relativamente

ancho. Parte de este haz incide sobre el prisma con una incidencia rasante, el

resto a valores más pequeños del ángulo incidente.

Entonces, dentro de la figura 2d, toda la superficie barrida por el ángulo rc estará

iluminada, mientras que la parte del prisma situada más allá del rayo límite estará

a oscuras. Una interfase definida entre las zonas iluminada y oscura indica la

posición del rayo límite (o crítico).

Se dirige un telescopio sobre el prisma en la región de la interfase crítica. En la

figura 3 se muestra el principio, aunque no el mecanismo real, de la medida. Se

representa el rayo límite y se indican las zonas de luz y oscuridad. El área circular

es el campo visual del telescopio, con sus filamentos cruzados superpuestos. Se

recorre el campo visual a través de la interfase crítica, tal como se muestra en las

cuatro posiciones de la figura 3, hasta que los filamentos cruzados se encuentran

sobre la interfase. En el refractómetro de Abbe, el telescopio es fijo y el prisma

móvil, pero el efecto es idéntico con lo descrito. El ángulo que debe recorrer el

prisma en su desplazamiento hasta centrar la interfase crítica en el campo visual,

corresponde al ángulo límite de refracción. La escala del refractómetro de Abbe se

calibra directamente en índices de refracción, por lo que huelgan los cálculos.

Tipos de refractómetros.

1. Refractómetro de Abbe.

2. Refractómetro de Pulfrich.

3. Refractómetro de inmersión.

4. Butirorefractómetro.

Refractómetro de Abbe.

Este refractómetro se basa en el principio del ángulo límite, está ideado para

realizar la operación con comodidad y rapidez. Requiere sólo cantidades muy

pequeñas de la muestra y da una precisión del orden de ±2 x10-4. La escala está

graduada directamente en índices de refracción para las líneas D a 20° C. En su

forma usual se puede usar con luz de sodio o con luz blanca. Los modelos de alta

precisión se limitan en general al uso de luz de sodio, aunque los fabricantes

suministran tablas de corrección para las líneas C y F.

En este instrumento, se mantiene una capa fina del líquido que se mide contra la

hipotenusa del prisma de refracción P, mediante el prisma auxiliar P’, cuya

hipotenusa está finamente esmerilada. Se ilumina el prisma auxiliar y la luz que se

difunde en la superficie esmerilada choca en ángulos diversos sobre el límite entre

el líquido y el prisma principal. Esta luz entra en el prisma de refracción en ángulos

que varían hasta el ángulo límite. Por consiguiente, cuando se mira con un anteojo

la luz que emerge del prisma de refracción, se ve un campo dividido, que se halla

en parte oscuro y en parte iluminado con una línea divisoria neta entre las dos

porciones.

El uso de luz blanca, que ordinariamente produce una franja coloreada en vez de

un límite oscuro-brillante entre las dos partes del campo, se hace posible con el

uso de dos prismas de Amici, A1 y A2, para compensar la dispersión relativa del

prisma de refracción y de la muestra. Los prismas de Amici están ideados de

modo que no se desvía la luz D del sodio, mientras que las longitudes de onda

más largas se desvían hacia un lado y las más cortas hacia el otro. Colocando dos

prismas de Amici idénticos en serie y girando uno con respecto al otro, se obtiene

un intervalo de separación angular entre las longitudes de onda largas y cortas,

desde cero al doble de la separación producida por uno de los prismas solo. Así,

con los dos prismas interpuestos entre el prisma de refracción y el anteojo, la

adecuada orientación de los dos prismas compensa la dispersión relativa del

prisma de refracción y de la muestra y produce en el anteojo una línea divisoria

neta e incolora entre las porciones oscura e iluminada del campo visual. La escala

de rotación de estos prismas de Amici está graduada de modo que se puede

obtener un valor aproximado de la dispersión de la muestra, por sus posiciones

relativas, mientras la lectura en la escala principal da directamente el valor nD.

Para obtener los mejores resultados, se debería estabilizar térmicamente este

refractómetro a 20 o 25°C. Se hace pasar una corriente de agua de temperatura

constante, con una bomba de circulación y a través de tubos de goma, por el

refractómetro, que para ello cuenta con un dispositivo de entrada y salida del

agua.

Aplicaciones de la refractometría

1) Análisis cualitativo: Basado en el hecho de que el índice de refracción es

una constante física característica de cada sustancia para una radiación de

longitud de onda dada. Por ejemplo en algunas farmacopeas se cita como

estándar de pureza de un líquido el intervalo dentro del cual debe situarse

el índice de refracción.

2) Análisis cuantitativo: La obtención de curvas de calibrado proporciona un

procedimiento adecuado para analizar mezclas y disoluciones.

Instrumentación usada

Refractómetro Abbe modelo () marca (), goteros, algodón.

(Fotografías de los refractómetros)

Objetivos.

Determinar por el método óptico de la refractometría la concentración en gramos

de los componentes de una mezcla de etanol y 2-butanol.

Procedimientos

Calibrado

El refractómetro se calibra con agua destilada, cuyo índice de refracción es

1,3330. Para ello, se mide el índice de refracción del agua en el refractómetro. Si

la medida no es la esperada (1,3330), se lleva, utilizando el mando de enfoque, la

línea de medida hasta el valor 1,3330.

Toma de lecturas

El refractómetro es un aparato óptico muy delicado y por tanto habrá que tomar

algunas precauciones a la hora de manejarlo. Cuando se deposita la muestra

sobre el prisma de refracción hay que tener cuidado de no rayarlo. Para ello,

conviene utilizar una pipeta de plástico. Si no se dispone de una, y se utiliza una

de vidrio, hay que evitar todo contacto entre ésta y el prisma. Antes de comenzar,

el refractómetro debe estar limpio y calibrado. La muestra se deposita sobre el

prisma de refracción de manera que forme una película uniforme y sin burbujas de

aire. Se cierra, asegurándolo, con el mando de cierre. Con el mando de ajuste de

la dispersión, hay que conseguir que se vea una línea de horizonte completamente

nítida. Con el mando de enfoque, situar la línea horizonte en el centro de la cruz

de ajuste. En ese momento, se efectúa la lectura. Entre lectura y lectura, se

limpiará, tanto el prisma de refracción como el de incidencia, primero con agua y

después con una mezcla de alcohol-acetona, utilizando un algodón o paño

adecuado. Cuando se termine de trabajar, se guardará con una tira de papel de

filtro colocada entre ambos prismas.

Datos Obtenidos.

1. Lecturas para sustancia y la mezcla.

Sustancia nD20 %

SS

Equipo utilizado

Jarabe de sábila 1,4516 64,4

Refractómetro de Abbe

de luz solar

Miel eucaliptada 1,4751 74,1

Hierbamiel 1,4691 67,6

Totumo 1,4265 53,0

Aceite mineral 1,4655 70,5

Refractómetro de AbbeAceite de seje 1,4689 41,5

Aceite de maíz 1,4740 73,5

Aceite de soya 1,4745 73,9

Aceite de tártago 1,4752 --------

ButirorefractómetroAceite de almendra 1,4749 --------

Aceite de palo 1,5011 --------

Aceite de bacalao 1,4756 --------

Metanol 1,3310 --------

Refractómetro de Abbe2-Propanol 1,3595 2

Etanol 1,3629 19,8

2-Butanol 1,3960 38,0

Mezcla (etanol + 2-butanol 1,3710 24,3Refractómetro de Abbe

de luz solar

Cálculos.

1. Cálculo de la densidad y peso de la mezcla.

Picnómetro + Mx (5mL) = 10,310gPicnómetro vacío (5mL) = 6,223g 4,087g

D=mv

D= 4,087g5mL

=0,8174 gmL

m=D x v=0,8174 gmL

x 50ml=40,87 g(Mx)

2. Cálculo de las refracciones específicas de la mezcla y sus componentes

ℜ=n2−1n2+2

x1D

ReA=1,36292−1

1,36292+2x

1

0,80gmL

=0,27787

ReB=1,39602−1

1,39602+2x

1

0,89gmL

=0,26997

ReM=1,37102−1

1,37102+2x

1

0,8174gmL

=0,27738

3. Cálculo de los gramos de cada componente de la mezcla

ZReM=XReA+Y ReB

Z=X+Y Y=Z−X

40,87 g (0,27738 )=0,27787 X+0,26997Y

11,33652 g=0,27787X+0,26997 (40,87 g−X )

11,33652 g=0,27787 X+11,03367 g−0,26997 X

11,33652 g−11,03367 g=0,27787 X−0,26997 X

0,30285 g=0,0079 X

X=0,30285g0,00790

X=38,33g

Y=40,87 g−38,33 g

Y=2,545 g

%X=38,33 g x10040,87g

=93,79%% Y=2,54 g x10040,87 g

=6,21%

La mezcla está formada por 38,33g (93,79%) de etanol más 2,54g (6,21%)

de 2-butanol