Refractómetro

Se denomina refractometría, al método óptico de determinar la velocidad de propagación de la luz en un medio/compuesto/substancia/cuerpo, la cual se relaciona directamente con la densidad de este medio/compuesto/substancia/cuerpo. Para emplear este principio se utiliza la refracción de la luz, ((la cual es una propiedad física fundamental de cualquier sustancia), y la escala de medición de este principio se llama índice de refracción, Los refractómetros son los instrumentos que emplean este principio de refracción ya sea el de refracción, (empleando varios prismas), o el de angulo critico, (empleando solo 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 para medir en líquidos, sólidos y gases, como vidrios o gemas.

Índice

1 Principio de refracción

2 Refractómetro de Abbe

2.1 Principio de la medición

2.2 Utilización en luz blanca

2.3 Calibración y lectura de la medición

2.4 Límites de utilización

3 Otros refractómetros

3.1 Refractómetro de ángulo variable

3.2 Refractómetro de inmersión

3.3 Refractómetro portátil

4 Substratos analizables

4.1 Identificación de elementos químicos

4.2 Frutas

4.3 Minerales

4.4 Otros usos

5 Referencias

Principio de refracción

La luz se mueve a diferentes velocidades en diferentes materiales. Si un rayo de luz con una longitud de onda definida en un ángulo fijo cruza un superficie límite entre dos materiales diferentes el ángulo del rayo cambiará de acuerdo con el índice de refracción de los medios el uno con el otro. En condiciones constantes con características de material conocidas se puede determinar el índice de refracción de un segundo medio desconocido mientras el ángulo de refracción y el índice de refracción del material conocido. Para esta determinación se emplea la ley de Snell:

n1 * (sen(angulo1)) = n2 * (sen(angulo2)),

donde: n1 = índice de refracción del medio 1, angulo1 = ángulo de incidencia de la luz al medio 1, n2 = índice de refracción del medio 2, angulo2 = ángulo de incidencia de la luz al medio 2.

Refractómetro de Abbe

Refractómetro de Abbe. Modelo antiguo

El refractómetro de Abbe permite obtener una medición del índice de refracción de un líquido depositándolo sobre una superficie de vidrio, colocándolo en un dispositivo óptico, y ajustando un botón para conducir una placa iluminada hacia el centro de un retículo. Se plantean dos preguntas:

¿Por qué el valor obtenido es aquel del índice de refracción del líquido estudiado?

¿Por qué la medición se realiza por reglaje de una placa iluminada?

Los refractometros Abbe pueden emplear los dos métodos de refracción, refracción total o refracción de ángulo crítico.

Principio de la medición

Este refractómetro fue descrito, en 1874, por su inventor, Ernst Abbe. Un antiguo modelo se encuentra representado a continuación. En su estudio sobre los refractómetros de 1901, Culmman1 describe este instrumento como constituido por dos prismas de vidrio flint conteniendo una delgada capa de 1/20 de milímetro de espesor del líquido a examinar. El prisma inferior sirve sobre todo para mantener el líquido y para permitir la iluminación del prisma superior. El artículo más reciente de Véret2 indica que, en los refractómetros modernos, el prisma superior sirve para la iluminación y que el prisma inferior es aquel que permite la medición. La descripción siguiente corresponde a este caso.

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.

Como no es posible conseguir un único rayo rasante que penetre en el lugar adecuado del soporte material subyacente, el dispositivo emplea un haz de luz cuyo límite es, por construcción, el rayo rasante. Este haz constituye el rango de luz cuyo límite será ajustado al retículo y será la base de la medición.

La figura inferior representa este dispositivo. El prisma superior está iluminado y contiene el rayo rasante. La luz entra en el prisma inferior en un rango de luz cuyo rayo superior corresponde a la prolongación del rayo rasante. A la salida del prisma, este rango de luz es reflejado por un espejo y es observado a través de una lente colimatriz. El usuario puede observar, en esta lente, el rango de luz y su límite, que aporta la información sobre el ángulo límite, esto es, sobre el índice de refracción del líquido estudiado.

Refractómetro de prisma de Abbe.

Utilización en luz blanca

El dispositivo de base solo es utilizable con una luz monocromática, ya que el índice de un material, sobre todo aquel del vidrio flint, depende de la longitud de onda. La raya D del sodio (longitud de onda 589 nm) ha sido elegida históricamente,

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