Por Camilla Alves

Refratometria

É um fenômeno óptico que ocorre com a luz quando ela muda de meio de propagação como, por exemplo, ar e água. É importante ficar bem claro que esse acontecimento só ocorre quando o feixe de luz se propaga com velocidade diferente nos dois meios.

Refração

É uma relação entre a velocidade da luz no vácuo (c) e a velocidade da luz em um determinado meio.

Em que: c é a velocidade da luz no vácuo (c = 3 x 10^8 m/s); v é a velocidade da luz no meio;

Índice de refração

De modo geral, a velocidade da luz nos meios materiais é menor que c; e assim, em geral, teremos n > 1. Por extensão, definimos o índice de refracção do vácuo, que obviamente é igual a 1. Portanto, sendo n o índice de refracção de um meio qualquer, temos:

Índice de refração

Criada por Adolf Brix, Brix (°Bx) é uma escala numérica utilizada para determinar a quantidade de sólidos solúveis em uma solução de sacarose, ou seja, a quantidade de sólidos solúveis é a soma de todos os sólidos (açúcar, sal, proteínas, ácidos, etc.) dissolvidos em água.

Por exemplo, em uma solução com 25g de sacarose e 75g de água, 100g representam o total da solução que possui 25°Bx.

Brix

Como já dito, refração é a mudança de direção do raio de luz ao penetrar em um meio líquido. Essa alteração na direção do feixe de luz é medida em graus para a determinação do ângulo de refração. Nesse sentido, a função do refratômetro é medir e transformar os ângulos de refração em índices de refração (nD), usados para determinar a concentração de uma solução, já que o índice de refração varia de acordo com a concentração.

Função do refratômetro

Medida por transmissão

Na medida por transmissão, a luz passa através da amostra sobre a face medidora do prisma de medição. Parte da luz que incide rasante chega a refletir-se abaixo do ângulo limite da reflexão total e se observa na ocular como uma linha limite entre o campo claro e escuro. A incidência rasante no prisma de medição se consegue de duas maneiras diferentes, no primeiro se usa o prisma de iluminação cuja base inferior deixa incidir a luz em todas as direções, inclusive de forma rasante sobre a face medidora (útil na medição de líquidos), e o segundo caso se deixa incidir luz sem o prisma de iluminação sobre a face medidora ( útil na medição de sólidos).

Tipos de medidas no refratômetro de ABBE

Medida por reflexão

Na medida por reflexão, a luz entra diretamente sobre o prisma de medição. Na superfície de contato entre prisma de medição e amostra, há reflexão de luz e esta se mostra na ocular como um campo claro. O contraste entre campo claro e escuro não é tão grande como no caso da medida por transmissão, além da inversão de posição entre claro e escuro.

Tipos de medidas no refratômetro de ABBE

Girar a trava do prisma para a esquerda até que seja possível abrir o conjunto do corpo dos prismas. Limpar e secar esmeradamente as superfícies dos dois prismas e também das molduras metálicas usando um lenço de papel com um pouco de água destilada ou éter.

Com um conta gotas depositar 2 ou 3 gotas do liquido a ser medido na superfície do prisma de medição. Com o máximo de cuidado fechar o bloco movendo para isso o prisma de iluminação até poder trava-lo novamente. Evite deixar bolhas no líquido uma vez que elas reduzem o contraste da linha limite.

Aguardar uns minutos até o liquido entrar em equilíbrio térmico com o conjunto dos prismas. Colocar o aparelho na posição de uso. Posicionar a fonte de luz (Na), para que através do espelho seja possível iluminar a abertura inferior do prisma de iluminação.

Manuseamento do refratômetro na medida de líquidos

Procurar lentamente na ocular a linha de separação, variando o ângulo de incidência através do botão de acionamento. Se houver franjas coloridas fazê-las desaparecer através do botão superior posicionado no lado direito do refratômetro. Com a linha de separação nítida, é possível posicionar-se a linha de separação exatamente no ponto de intersecção do retículo. O procedimento para abertura é abrir o bloco de prismas através da trava, e efetuar a limpeza das superfícies dos prismas. O bloco dos prismas é construído de metal cromado, o que permite seu uso em materiais ácidos desde que o tempo de contato da substância com o equipamento seja o menor possível. Para medida de líquidos coloridos se for usado o mesmo procedimento, seguramente o resultado será incorreto, então se usa a luz refletida. Para tal retira-se a tampa redonda inferior no corpo do prisma de medição, para que a luz entre somente por ele, usar sempre o espelho para iluminar a amostra.

Manuseamento do refratômetro na medida de líquidos

Corpos sólidos bem transparentes podem ser medidos em muitos casos com luz incidente rasante. Para tal é necessário que o corpo a ser medido possua 02 faces polidas com ângulo entre elas 90o, com uma aresta viva. Uma das faces polidas fica apoiada no prisma de medição e a outra será usada para a entrada de luz. A camada de ar entre a peça e o prisma de medição, deve ser eliminada empregando um liquido para contato com índice de refração superior ao da amostra (Na maioria dos casos usa-se o alfabromonaftalina com nD = 1.65). É importante observar que nos corpos sólidos (exceção dos plásticos) o índice de refração não varia tanto como nos líquidos. Normalmente a medida de sólidos se faz com luz rasante, porém se a amostra for pouco translúcida, colorida ou ainda não for possível deixar uma quina viva entre as duas superfícies, então a única possibilidade é medir através da luz refletida. Neste método só uma superfície polida do tamanho do prisma de medição é necessária.

Manuseamento do refratômetro na medida de sólidos

O índice de refração é uma propriedade física importante de substâncias sólidas, líquidas e gases. A medida de índice de refração pode ser usada para determinar a concentração de uma solução, pois o índice de refração varia com a concentração. Em geral, quando a densidade de um meio aumenta, o seu índice de refração também aumenta. Como variações de temperatura e pressão alteram a densidade, conclui-se que essas alterações também alteram o índice de refração. No caso dos sólidos, essa alteração é pequena, mas para os líquidos, as variações de temperatura são importantes, e no caso dos gases tanto as variações de temperatura como as de pressão devem ser consideradas. Quando se mede o índice de refração de uma solução de açúcar, a leitura em grau Brix deve combinar com a concentração real de açúcar na solução. As escalas em percentagem de Brix apresentam as concentrações percentuais dos sólidos solúveis contidos em uma amostra (solução aquosa). Os sólidos solúveis contidos são o total de todos os sólidos dissolvidos na água, começando com açúcar, sais, proteínas, ácidos, etc.

Refratometria e as substâncias

Frutas O sabor da fruta é a combinação de várias substâncias, como açúcares, ácidos e substâncias voláteis (responsáveis pelo aroma). O fruto só acumula essas substâncias enquanto está preso à planta-mãe. A relação entre os açúcares e a acidez, conhecida como “ratio”, é utilizada como referência de sabor para muitas frutas. Os açúcares traduzem bem a percepção do sabor da fruta pelo consumidor e são fáceis de medir. Por isso, são usados como referência de ponto de colheita e consumo para a maioria das frutas. Na prática, mede-se o conteúdo de sólidos solúveis, que são os compostos dissolvidos no suco da fruta. Como a maior parte dos sólidos solúveis são açúcares, sua medida é referência para o teor de açúcar. A unidade de medida do conteúdo de sólidos solúveis é o grau Brix (º Brix).1º Brix equivale aproximadamente a 01 grama de sólidos dissolvidos em 100 gramas do produto. Por exemplo: Uma uva com 15º Brix possui 15 gramas de sólidos solúveis dissolvidos em 100 gramas do seu suco, ou seja, 15% de concentração de sólidos. Sabendo o teor de sólidos solúveis nas frutas, é possível determinar o tempo exato da colheita, evitando que a colheita seja realizada antes ou depois da maturação do fruto.

Refratometria e as substâncias

Frutas Amostras que não são soluções, mas misturas podem precisar de preparações especiais, tais como remoção de sólidos suspensos. Fibras, polpa e outros tipos de inclusões devem ser separados por filtração. Este processo preparatório irá, na maioria dos casos, aumentar a definição da linha claro-escuro, sem afetar o grau de concentração ou índice de refração da amostra.O refratômetro indica todo o extrato solúvel em água (açúcar e outras substâncias dissolvidas) como substância seca. A escala de substância seca vale para medidas a 20 oC. Para outras temperaturas entre 10oC e 30oC, deve-se corrigir o número de porcentagem lido segundo a tabela de correção (Tabela 2). O teor de sólidos solúveis nas frutas é de grande importância também para o processamento industrial, visto que elevados teores desses constituintes na matéria-prima implicam menor adição de açúcares, menor tempo de evaporação da água, menor gasto de energia e maior rendimento do produto, resultando em maior economia no processamento.

Refratometria e as substâncias

Geléias A produção de geleias é uma alternativa, para utilização de frutas, que não atingem padrões mínimos de classificação, tamanho e peso. A geleia é o produto obtido pela concentração da polpa ou suco de frutas com quantidades adequadas de açúcar, pectina e ácido, e teor de sólidos solúveis (º Brix) suficiente para que ocorra a geleificação durante o resfriamento. A geleificação, de forma simples, pode ser explicada como sendo a precipitação da pectina pela adição de açúcar, alterando o equilíbrio existente entre esta e a água. No substrato ácido da fruta, a pectina é um coloide que contém cargas negativas. A adição de açúcar a esse substrato influencia o equilíbrio entre a pectina e água, desestabilizando a pectina, formando uma malha semelhante a uma rede capaz de reter líquidos e aglutinar o açúcar sob forma de um gel.

Refratometria e as substâncias

GeléiasA continuidade da malha formada pela pectina e a densidade das fibras dependem diretamente da concentração da pectina. Quanto maior sua concentração, mais densas serão as fibras e, portanto, um gel mais forte. A rigidez da malha é também influenciada pela concentração de açúcar e pela acidez do meio. Quanto maior a concentração de açúcar, menor a atividade de água, logo a estrutura será mais rígida. A adição de açúcar também promove melhoria da aparência, do sabor do produto. A determinação da quantidade a ser adicionada para a fabricação da geléia é muito importante, pois assegura o teor de sólidos solúveis necessários para a formação do gel. Sendo a verificação do teor de sólidos durante o processo essencial, para obter um produto de qualidade com um custo baixo de matéria-prima.

Refratometria e as substâncias

Tabela 1

Conversões

[1] Algo sobre vestibular. Ondas. Disponível em <https://www.algosobre.com.br/fisica/ondas.html> Acesso: 19 de Junho de 2015[2] UNIVAP. PILLING, S. Luz como uma onda, refração, polarização, difracão e interferência.Formação de imagens e instrumentos óticos. Disponível em <http://www1.univap.br/spilling/BIOF/BIOF_05_Luz%20como%20uma%20onda.pdf> Acesso: 19 de Junho de 2015[3] DANTAS, T. Mundo da educação. Reflexão, Refração e Difração das ondas. Disponível em <http://www.mundoeducacao.com/fisica/reflexao-refracao-difracao-das-ondas.htm> Acesso: 19 de Junho de 2015[4] SANTORO, P. A.; UEM; Medidas de Índice de Refração em uma Fase Nemática Calamítica. Disponível em: <http://www.pfi.uem.br/site/disserta/disserta_pdf/perseu_angelo_santoro_2002.pdf> Acesso: 19 de junho de 2015

Referência

[5] Só física. Reflexão da Luz – Fundamentos. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Reflexaodaluz/reflexao.php> Acesso em: 20 de Junho de 2015[6] Brasil Escola. As Leis da Refração. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/fisica/as-leis-refracao-luz.htm> Acesso em: 20 de Junho de 2015 [7] Mecatrônica Atual. A Utilização de Refratômetros. Disponível em: <http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1391-a-utilizao-de-refratmetros?start=1> Acesso em: 20 de Julho de 2015 [8] http://www.colegioweb.com.br/refracao-da-luz/luz-monocromatica.html(ACESSO: 27/06/2015 às 13:17hrs) [9] Braseq. Brix. Disponível em: <http://braseq.blogspot.com.br/2011/06/brix.html> Acesso em: 21 de Junho de 2015

Referência