Los mejores resultados de medición del índice de refracción

Los instrumentos digitales modernos resultan fáciles de usar y determinan el índice de refracción de los líquidos con un elevado grado de exactitud. Sin embargo, los instrumentos de alta resolución no suponen ninguna garantía de resultados exactos.

Por ejemplo, ¿sabía que una limpieza insuficiente del prisma (como puede ser limpiar la muestra anterior con un paño) puede falsificar drásticamente la medición? Dado que estos instrumentos miden el ángulo de reflexión total en la superficie del prisma, incluso la capa más fina de restos de una antigua muestra sobre el prisma puede repercutir enormemente en el índice de refracción medido, a pesar de que se haya añadido una nueva muestra encima.

Este documento destaca las precauciones que tener en cuenta para prevenir errores al usar un refractómetro, con independencia de si está midiendo el índice de refracción, Brix u otros valores relacionados.

 

1. Determinar el tipo de muestra

Antes de iniciar la medición, es importante saber cuáles son las precauciones necesarias que debe adoptar según el tipo de muestra.

 

Muestras pastosas

Las muestras pastosas, como el puré de tomate, conllevan el riesgo de producir bolsas o cojines de aire entre el prisma y la muestra. Para asegurarse de que la muestra esté completamente en contacto con el prisma, debe “presionar” la muestra hacia abajo y eliminar los cojines de aire.

Los refractómetros Excellence de METTLER TOLEDO pueden equiparse con una prensa de fácil montaje. Cuando se cierra la tapa, la muestra se presiona automáticamente hacia el prisma, deshaciéndose de cualquier cojín de aire y garantizando unos resultados exactos.

Muestras pegajosas o viscosas

Muestras como el glicerol concentrado, los concentrados de jarabe, etc., no suelen adaptarse fácil ni rápidamente a los cambios de temperatura. Aunque el instrumento detecte la temperatura correcta, la muestra en contacto con el prisma sigue adaptándose lentamente a la temperatura, causando una deriva muy lenta pero constante del índice de refracción medido. Por consiguiente, para dichas muestras, se recomienda un tiempo de espera (de 20 a 60 segundos) antes de iniciar la medición para garantizar unas lecturas totalmente correctas. La duración necesaria debe validarse rápidamente en una serie de mediciones.

 

Muestras agresivas

Asegúrese de que todas las partes que entran en contacto con la muestra sean resistentes. La mayoría de las células del refractómetro están hechas de acero inoxidable, que las muestras altamente oxidantes atacarían.

Si ha de determinarse la concentración de ácidos relativamente concentrados (ácido sulfúrico, ácido nítrico o ácido clorhídrico), debe usarse un refractómetro con una célula resistente a tales muestras.

En caso contrario, podría usarse un densímetro para medir las muestras agresivas (en un densímetro, los materiales en contacto con la muestra suelen ser vidrio de borosilicato, PTFE y PP).

 

Muestras volátiles

La medición de muestras volátiles suele realizarse a bajas temperaturas para reducir la evaporación (vigile la condensación en la célula). En función de la muestra, la evaporación puede impedir una temperatura estable y, por consiguiente, no sería posible efectuar una medición fiable.

Para muestras muy volátiles (p. ej., hexano) o tóxicas, el refractómetro Excellence de METTLER TOLEDO puede equiparse con una célula de flujo y usarse conjuntamente con una unidad de automatización SC1 o SC30. Esto presenta las siguientes ventajas:

• Proceso general más rápido dado que la muestra no se evapora durante la medición y puede medirse a temperatura ambiente.
• Alto nivel de seguridad ocupacional, al ser viales que se pueden cerrar, no se produce evaporación y la
• manipulación de estos materiales se limita al mínimo.
• Pueden recuperarse muestras para su custodia y posterior análisis.

 

Muestras/suspensiones no homogéneas

Algunas soluciones o suspensiones no homogéneas se pueden sedimentar si se dejan en reposo: es decir, parte del material sólido podría asentarse o formar un gradiente de concentración. Agítelas bien antes de tomar una muestra. Asegúrese de que no se hayan formado burbujas de aire durante la agitación. El cambiador de muestras InMotion de METTLER TOLEDO permite agitar las muestras en el vaso antes de la medición. Esto homogeneiza la muestra y previene la sedimentación.

Si debe medir suspensiones, a menudo no se puede homogeneizar por completo la muestra (p. ej., ketchup). En tales casos, la medición debe realizarse varias veces, y debe calcularse el valor medio de las mediciones individuales para obtener resultados fiables.

2. Probar el refractómetro

Antes de medir el índice de refracción de la muestra, es importante verificar la exactitud de la medición del sistema. Para ello, puede medir una muestra con un índice de refracción conocido (por ejemplo, agua destilada u otro estándar). Normalmente, se conoce como test, calibración o comprobación. Una vez finalizado el test, se compara el índice de refracción medido con el valor nominal conocido de la muestra, verificándose así la exactitud del sistema. Recomendamos realizar este test de forma periódica.

 

Test (calibración)

¿Con qué frecuencia?

Se recomienda realizar un test del refractómetro con agua (nD = 1,33299 a 20 °C) a diario. Esto garantiza que no se produzca deriva del instrumento durante un periodo más largo.

Con menor frecuencia (por ejemplo, semanalmente, mensualmente o incluso anualmente, según sus requisitos de control de calidad), se recomienda un test con un estándar certificado dentro de su intervalo de medición. De este modo, se comprueba la exactitud de la medición del instrumento en torno a los valores del índice de refracción de sus muestras.

Los refractómetros Excellence de METTLER TOLEDO ofrecen la posibilidad de definir intervalos fijos para conjuntos de comprobaciones con un recordatorio automático para el operario. Los métodos de medición pueden configurarse de forma que el operario reciba de nuevo un aviso o se bloquee el instrumento si el intervalo de test definido ha vencido.

 

¿Qué sustancia?

Se pueden usar disolventes estables y de fácil acceso como, por ejemplo, agua desionizada, tolueno de pureza analítica o similar.

La sustancia de comprobación usada con más frecuencia para los tests diarios es el agua desionizada, porque está disponible en prácticamente cualquier laboratorio y ofrece una pureza elevada y reproducible. Los estándares Brix también se usan normalmente.

Con fines de garantía de calidad y trazabilidad, puede definirse otro test por separado para los tests llevados a cabo con intervalos mayores (por ejemplo, mensual o anualmente) mediante estándares certificados y trazables.

METTLER TOLEDO ofrece estándares certificados combinados (densidad e índice de refracción) en diferentes rangos:

• Agua (0,99… g/cm3; nD 1,33…)
• Dodecano (0,75… g/cm3; nD 1,42…)
• 2,4-diclorotolueno (1,25… g/cm3; nD 1,55…)
• 1-bromonaftaleno (1,48… g/cm3; nD 1,66…)

 

¿Qué tolerancia debe aplicarse?

Las siguientes directivas pueden ser útiles para definir tolerancias razonables, con el fin de evitar mensajes de error frecuentes causados por tolerancias demasiado estrictas.

• En el caso del agua desionizada (donde la incertidumbre del agua suele ser desconocida), la tolerancia debe definirse en 2 veces: la resolución del instrumento más la repetibilidad del operario (la no linealidad de la célula se ha establecido en cero para agua desionizada, si también se usó para el ajuste).
  • No baje nunca de este rango de valores, o habrá un riesgo elevado de generar frecuentes falsas alarmas de tests de tolerancia no superados, que en realidad solo están causados por el redondeo interno. Sin embargo, en términos generales, manténgalo tan reducido como sea posible en función de la resolución del instrumento y la repetibilidad del operario.
  • Ejemplo: refractómetro R4 Excellence con una resolución de 0,0001. Repetibilidad del operario = 0,00005 (desviación estándar cuando el operario mide la misma muestra tres veces consecutivas. Si un operario trabaja correctamente, no debería obtener una desviación estándar mayor que la capacidad de redondeo del instrumento). Tolerancia = (2 × resolución del instrumento) + repetibilidad operario = 0,0002 + 0,00005. Redondear al alza a una tolerancia de ± 0,0003.
• Al usar estándares orgánicos certificados que suelen tener un coeficiente de temperatura relativamente elevado (cambio de índice de refracción con cambio de temperatura), tenga en cuenta el error de temperatura especificado del instrumento. Se deben añadir los cuatro componentes siguientes para calcular la tolerancia y, de este modo, evitar establecer tolerancias demasiado estrictas: Incertidumbre del estándar, límite de error del instrumento, error en la temperatura y repetibilidad.

Ejemplo: dodecano estándar certificado con los siguientes valores dados:

Temperatura Índice de refracción

15 °C 1,42382 ± 0,00002

20 °C 1,42164 ± 0,00002

25 °C 1,41955 ± 0,00002

Instrumento = Refractómetro R5 Excellence con resolución de 0,00001, límite de error de 0,00002 y límite de error para la temperatura de 0,03 °C.

(a) Incertidumbre del estándar: ± 0,00002

(b) Límite de error del instrumento: ± 0,00002

(c) Error en la temperatura: ± 0,00001

. 0,03 °C (límite de error para la temperatura) * 0,000427 [1/°C] (a se calcula a partir de determinados

valores obtenidos con el estándar a diferentes temperaturas = 1,42382–1,41955 / 25–15 °C)

(d) Repetibilidad operario: ± 0,00001 (ejemplo, se debe determinar)

Tolerancia = suma de los cuatro componentes = ± 0,00006

Esto es un ejemplo; la tolerancia se debe calcular específicamente para cada combinación de estándar e instrumento. La tolerancia de un estándar certificado puede ser de 2 a 5 veces superior a la resolución del instrumento, como es el caso de un test normal con agua desionizada.

 

¿Qué hacer si la comprobación no da buenos resultados?

Si el valor obtenido al comprobar el instrumento con estándares conocidos se desvía del valor esperado (verdadero) más que la tolerancia definida, haga lo siguiente:

1. Compruebe que se haya usado la sustancia correcta como, por ejemplo, agua desionizada pura.
2. Limpie minuciosamente el prisma.
3. Repita la prueba.
4. Si sigue sin superarse el test, con una diferencia que varía de un test a otro (es decir, no estable), proceda con una limpieza más minuciosa, usando otros tipos de solventes más potentes (puede que con el tiempo se hayan acumulado residuos en el prisma), hasta que el test muestre un comportamiento perfectamente repetible. Si se alcanza este comportamiento repetible (solo hay diferencia de redondeo en los resultados), pero sigue sin superarse el test, será preciso realizar un nuevo ajuste. Esto puede deberse a una deriva normal del instrumento a lo largo del tiempo (habitualmente tras meses o años). Solo se deberá llevar a cabo un nuevo ajuste cuando las comprobaciones no sean satisfactorias, pero muestren resultados con comportamiento repetible.

 

3. Evitar errores de muestreo

 

Con una jeringa

Use jeringas de plástico con punta Luer, preferentemente jeringas de tres componentes (con junta tórica de caucho), porque permiten un control de la velocidad mucho mejor que las jeringas más económicas de dos componentes.

 

Prevenir cojines de aire

Añada la muestra al prisma y, especialmente importante para muestras pegajosas, agite (rasque) con la punta de jeringa para eliminar los cojines de aire que haya entre el prisma y la muestra. Esto también homogeneiza la muestra (diluye la contaminación en la muestra).

 

Añadir suficiente muestra

Llenado correcto: parte de la luz se refleja en la interfaz de prisma/muestra (reflexión total según sea necesario para calcular el índice de refracción) y parte de la luz se refleja en la interfaz de muestra/aire. Esta última no incide en el sensor de CCD, por lo que el resultado es correcto (véase la imagen A).

Llenado incorrecto: si solo se añaden unas pocas gotas al prisma, la luz dispersa (reflejada en la interfaz de muestra/aire) incide en el sensor de CCD y falsifica el resultado (véase la imagen B).

 

Para la mayoría de los refractómetros de sobremesa, el volumen mínimo de muestra es de 0,5 ml aproximadamente. Los refractómetros Excellence de METTLER TOLEDO tienen una marca que indica este volumen.

La tensión superficial de los disolventes orgánicos o las muestras con disolventes orgánicos como el etanol o la acetona es baja en comparación con la del agua. Tales muestras actúan como agentes humectantes y forman un menisco cóncavo, lo cual puede provocar que la luz dispersa incida en el sensor de CCD y falsifique el resultado (véase la imagen C). Para evitar este problema, solo tiene que añadir más muestra para lograr una altura de llenado suficiente del prisma (mínimo ~ 1 ml).

 

Llenado automático

Un refractómetro Excellence de METTLER TOLEDO puede equiparse con una célula de flujo y usarse con las

siguientes soluciones de automatización:

• SPR200: bombas de muestreo para muestras poco viscosas (viscosidad máx. 1000 mPa·s)
• Unidades de automatización SC1 y SC30: también se pueden llenar muestras muy viscosas o muestras pegajosas en la célula de medición, como aceites muy viscosos, cremas, melazas o miel líquida (viscosidad máx. 36 000 mPa·s)

 

4. Medir y documentar los resultados

 

Consiga resultados fiables

Conversión automática del resultado

Con frecuencia, los resultados deben convertirse, por ejemplo, de índice de refracción a Brix, usando una tabla. La búsqueda en una tabla o la interpolación es un proceso lento y susceptible de errores. La conversión automática mediante tablas incorporadas (por ejemplo, alcohol, Brix, compensación de temperatura según API) evita errores de lectura o de cálculo y ahorra tiempo. Un refractómetro digital permite usar tablas de conversión incorporadas para mostrar el resultado directamente en la unidad deseada.

Los refractómetros Excellence de METTLER TOLEDO tienen las siguientes unidades de resultados/tablas de concentraciones incorporadas:

• nD, Zeiss (14.45), Zeiss (15.00)
• Brix, HFCS 42/55, azúcar invertido, Oechsle
• Si se miden grados Brix entre 10 °C y 40 °C, puede compensarse automáticamente hasta 20 °C (según
• ICUMSA)
• Más de 25 tablas para productos químicos y soluciones acuosas integradas
• Hasta 30 tablas de concentraciones que puede definir el usuario (se pueden introducir como tablas o como fórmulas)

 

Detección de errores

Los refractómetros Excellence de METTLER TOLEDO ofrecen detección automática de errores para muestras críticas/problemáticas:

La detección de errores más fiable se consigue midiendo la muestra varias veces, moviéndola ligeramente en la célula de medición entre una medición y la siguiente. Cualquier burbuja de aire o impureza se movería con la muestra, con diferentes resultados de medición. La combinación de los refractómetros Excellence de METTLER TOLEDO con el flujo a través de la célula y una unidad de automatización ofrece una completa medición automática múltiple con una desviación estándar máxima que se puede definir.

Si quiere estar seguro acerca de sus resultados, realice 2 (o 3) mediciones de pliegues y saque el valor medio. La calidad de los datos aumenta drásticamente.

 

Límites de resultados

Para el control de calidad, la medición del índice de refracción se emplea para comprobar si un producto se encuentra dentro de los límites definidos o no. Los refractómetros Excellence de METTLER TOLEDO ofrecen un enfoque por producto. Puede usarse un mismo método de medición para diversas muestras, pero algunos parámetros específicos de la muestra (como la velocidad de llenado), así como los límites de resultados inferiores y superiores pueden definirse para cada producto. Los productos medidos se verifican de forma automática con los límites y el color de los resultados indica si se cumplen las especificaciones: verde = correcto, rojo = incorrecto.

 

Documentación adecuada

Los resultados escritos a mano comportan el riesgo de errores de transcripción. Según el entorno, no se garantiza que este tipo de documentación cumpla los requisitos de las normativas.

Los requisitos de las normativas se cumplen con facilidad cuando se usa un software de PC o una impresora.

Las impresiones compatibles con GLP contienen toda la información necesaria para producir una documentación completa. Los refractómetros Excellence de METTLER TOLEDO pueden usarse con una impresora de la red estándar o con una impresora compacta USB para impresiones compatibles con GLP.

Las impresiones deben gestionarse y archivarse manualmente, lo que es una fuente potencial de errores y de pérdida de información. El uso de software de PC para la recogida y gestión de datos tiene la ventaja de una mayor fiabilidad de los datos y una accesibilidad más fácil en el futuro.

El software LabX® junto con los refractómetros Excellence garantiza que todos los datos estén almacenados de forma centralizada y segura en una base de datos. Ofrece conectividad ERP/LIMS, informes personalizados, trazabilidad segura y compatible con 21 CFR 11. El software puede conectarse de forma remota mediante Ethernet, con un ahorro importante de espacio de mesa, y permite al operario realizar todas las operaciones desde el terminal del instrumento.

 

5. Limpieza de la célula de medición

 

Procedimiento para el uso manual del refractómetro

Eliminar muestra antigua

Para extraer la muestra (y los disolventes) de la célula del refractómetro, puede usar una jeringa. Esta “jeringa de residuos” se puede reutilizar todas las veces que se quiera (le recomendamos que marque esta jeringa con cinta negra, por ejemplo). Si se usa una jeringa, se ahorran muchas toallitas de limpieza suaves y se reducen los residuos.

 

Lavar

Limpie con un disolvente adecuado varias veces. El disolvente debe poder disolver rápidamente la muestra.

1. Añada el disolvente.
2. Agite con la “jeringa de residuos”.
3. Extráigalo todo con la “jeringa de residuos”.

 

A menudo un segundo solvente que permite el secado rápido (p. ej., acetona) conlleva el riesgo de contaminación.

 

Secar

Seque el prisma/célula con un pañuelo suave.

Espere 10 segundos antes de añadir la siguiente muestra.

 

Limpieza con dispositivos de automatización

Si se usa una bomba de muestreo SPR200 y las muestras medidas pueden disolver los residuos en la célula de medición (p. ej., cuando se usa el refractómetro para medir diferentes zumos), también puede omitirse la limpieza y realizar un gran sobremuestreo con la nueva muestra para garantizar la eliminación completa de la muestra anterior (“lavado analítico”):

1. Sumerja el tubo de muestreo de la bomba en la muestra, extráigalo de forma que se aspire aire en el tubo (~2-3 cm de aire en el tubo) y vuelva a sumergirlo en la muestra. Repita este procedimiento aproximadamente 5 veces antes de llenar la célula para la medición. Con esto se garantiza que no queden restos de la muestra anterior en la célula.
2. Verifique el procedimiento para asegurarse de que se mantienen la repetibilidad y el límite de error requeridos. Mida primero la muestra más importante (por ejemplo, la que tenga el mayor contenido de azúcar) seguida de agua desionizada y, a continuación, repita este paso un par de veces.
3. Si, por ejemplo, se miden productos que contienen azúcar, asegúrese de que la célula de flujo permanece llena con alguna muestra o con agua entre mediciones, a fin de evitar que la muestra se seque y el azúcar cristalice en el prisma.
4. Limpie completamente la célula/prisma al menos una vez al final de la jornada.

 

Con las unidades de automatización SC1 y SC30 de METTLER TOLEDO, la célula de medición y el prisma se limpian y secan automáticamente tras la medición. Los dos líquidos de lavado para realizar la limpieza (por ejemplo, agua y acetona) se combinan con una gran cantidad de aire y se introducen en el sistema a una velocidad alta. Con ello, se obtiene un flujo pulsante que proporciona una limpieza casi mecánica muy eficiente. Como el interior y el exterior de la boquilla de muestreo SC1/SC30 se limpia y se seca minuciosamente después de cada medición, no se puede producir contaminación cruzada.

 

6. Ajustar el refractómetro

Un ajuste frecuente del instrumento no garantiza necesariamente unos resultados exactos. Cualquier ajuste provoca cambios en la configuración interna del instrumento. Si se realiza un ajuste inadecuado, entonces las mediciones obtenidas serán incorrectas.

 

¿Qué temperatura y sustancias?

Normalmente, los refractómetros se ajustan con aire y agua. Durante la parte del ajuste con aire, el instrumento simplemente comprueba la respuesta del detector de CCD para marcar posiciones defectuosas (el índice de refracción del aire está fuera del rango de medición de los refractómetros digitales). La temperatura para el ajuste debe ser la misma que la temperatura habitual de medición. Por ejemplo, si se miden muestras a 40 °C, el ajuste debe realizarse también a 40 °C.

 

¿Cómo continuar?

Ajuste el instrumento solo si el test (calibración) no se supera pero muestra un patrón repetible (consulte el capítulo 2 sobre la comprobación del refractómetro).

Antes del ajuste, el prisma debe estar perfectamente limpio y seco. Si se realiza el ajuste en una célula contaminada, se producirá un error (desplazamiento) en el punto de agua. Este desplazamiento será constante y sistemático en todo el rango de medición.

Siga el manual de instrucciones del instrumento para realizar el ajuste.

Tras realizar un ajuste:

• Repase siempre el ajuste que ha realizado: ¿tienen sentido estos valores?
• Verifique la validez midiendo después el agua desionizada (nD = 1,33299 a 20 °C).
• Si no puede reproducir los valores nominales que se han asignado en el ajuste, quiere decir que algo no se ha realizado correctamente: bien en el ajuste o bien en las mediciones siguientes.
• Si se observan desviaciones, repita el ajuste (o la medición del agua) tras corregir los problemas (normalmente se requiere una limpieza más minuciosa).

 

Evite los ajustes frecuentes. Si se realiza un ajuste de manera incorrecta, todas las mediciones siguientes mostrarán el resultado incorrecto. Cada offset o error debido a un ajuste erróneo es un error sistemático: se sumará a la especificación del error del instrumento.

 

Análisis de ajuste y ajustes automáticos

Los refractómetros Excellence de METTLER TOLEDO ofrecen la posibilidad de activar un análisis de ajuste. Con ello, si la desviación es demasiado elevada, se genera un aviso, y puede rechazarse el ajuste. Además, siempre que se desee puede verse el historial de ajuste, incluso en forma de gráfico.

Las unidades de automatización SC1 y SC30 de METTLER TOLEDO ayudan a evitar ajustes erróneos, llevando a cabo todos los pasos automáticamente sin la intervención del operario.

• Los ajustes son muy fáciles de realizar, tan solo debe hacer clic en el acceso rápido Ajuste de la pantalla
• Antes de cada ajuste, puede limpiarse minuciosamente y secarse por completo la célula de medición (si se selecciona).

 

7. Preguntas frecuentes

¿Qué es la refractometría?

La refractometría es el método por el cual se determina el índice de refracción de una sustancia por medio de la medición de la cantidad de luz refractada al pasar a través de una sustancia. La luz se mueve a diferentes velocidades a través de distintos medios. Aunque el índice de refracción absoluto es la relación de la velocidad de la luz en un vacío, suele ser más habitual usar el índice de refracción relativo al aire.

 

¿Qué es el índice de refracción?

El índice de refracción se define como la relación entre la luz en el aire y la velocidad de la luz en el medio que se mide. Un índice de refracción de 1,5 significa que la luz viaja a través del aire un 50 % más rápido que a través de la sustancia sometida a ensayo.

n0 = [V aire]/[V líquido]

El índice de refracción es un número sin unidades y depende de la temperatura y de la longitud de onda de la luz.

 

¿Cuál es la relación entre el índice de refracción y la temperatura?

El índice de refracción de una muestra depende de su temperatura. El siguiente ejemplo muestra esta dependencia del agua.

 

¿Qué instrumentos sirven para medir el índice de refracción?

Los refractómetros miden el grado en el que la luz cambia de dirección, llamado el ángulo de refracción. Un refractómetro toma los ángulos de refracción y los correlaciona con los valores del índice de refracción establecidos. Gracias a estos valores, puede determinar la concentración de las soluciones. Las soluciones tienen distintos valores del índice de refracción según su concentración.

 

Refractómetro Abbe: se sitúan algunas gotas de una muestra sobre el prisma del instrumento. El índice de refracción se puede leer directamente en la escala incorporada al mirar dentro del refractómetro. La conexión con un baño termostático externo permite determinar la temperatura requerida para las mediciones de índices de refracción. Algunos modelos usan luz natural, pero los más avanzados usan una fuente de luz con una longitud de onda definida.

 

Refractómetro digital: un sensor óptico de alta resolución mide la reflexión total de un rayo de luz que emite una fuente de luz LED especial después de impactar contra la muestra. Esta reflexión total se convierte en el índice de refracción. Un termostato Peltier incorporado controla la temperatura (no se requiere baño termostático).

 

Soluciones de refractometría actuales. Rendimiento y simplicidad

Densímetros y refractómetros Excellence

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Densímetros y refractómetros EasyPlus

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