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Rifrattometria

Che cos'è la rifrattometria?

Le rifrattometria è una tecnica analitica che si basa sulla misura dell’indice di rifrazione di una sostanza. Misurando l'indice di rifrazione di una soluzione zuccherina, è possibile, ad esempio, determinarne la sua concentrazione e quindi il suo grado zuccherino; con lo stesso principio si determina il grado alcolico di birre e vini e si caratterizzano gli oli.

La rifrattometria consente anche il controllo delle reazioni chimiche, come ad esempio i processi di polietossilazione: la misura dell'indice di rifrazione varia infatti in funzione del numero di moli di ossido di etilene che si addiziona al substrato e ciò permette un pieno controllo della reazione stessa. La misura dell'indice di rifrazione, e quindi la rifrattometria, permette - altresì - di verificare la purezza di sostanze (trasparenti) pure o in miscela.

Prima di affrontare il discorso sulle tecniche rifrattometriche, è necessario introdurre alcuni concetti teorici.

Introduzione alla rifrattometria

Con il termine di rifrazione si intende quel fenomeno per cui, quando la luce (o in generale un'onda elettromagnetica) attraversa la superficie di separazione fra due sostanze trasparenti (come ad esempio aria e vetro), il raggio incidente subisce una deviazione rispetto alla sua direzione iniziale.

Nella figura seguente, l'onda incidente incontra la superficie di separazione tra l'aria e il vetro; una volta penetrato all'interno del vetro, il raggio (detto rifratto) subisce una deviazione rispetto alla sua direzione iniziale.

rifrazione

Processo di rifrazione: i e r sono rispettivamente l'angolo del raggio incidente e l'angolo del raggio rifratto.

Si definisce invece indice di rifrazione n di un mezzo materiale, una grandezza adimensionale (ovvero priva di unità di misura) data dal seguente rapporto:

indice di rifrazione

in cui:

  • c = velocità della luce nel vuoto; c = 3·108 m/s;
  • v = velocità in m/s del raggio rifratto.

Poichè c > v vale sempre n > 1.

Secondo la legge di legge di Snell, quando un raggio luminoso passa da un mezzo meno rifrangente (1) a un mezzo più rifrangente (2), il rapporto:

legge di snell

dove i ed r sono rispettivamente gli angoli di incidenza e di rifrazione che il raggio fa con la normale alla superficie di separazione dei due mezzi, risulta superiore a 1.

L'indice di rifrazione di una sostanza si riferisce teoricamente al vuoto preso come mezzo 1. Tale indice è una costante caratteristica di una materiale e, come si è già detto, viene impiegato come metodo di identificazione qualitativa delle sostanze, per determinare la loro purezza e la composizione, ad esempio, di miscele binarie omogenee.

L'applicazione della rifrattometria è importante anche nella chimica fisiologica, per determinare il peso specifico delle urine, per l'analisi delle globuline, dell'albumina e dell'azione dei fermenti.

Misura dell'indice di rifrazione

Per misurare l'indice di rifrazione di una sostanza vengono impiegati strumenti ottici noti come rifrattometri. Un rifrattometro è uno strumento ottico che può fornire la misura diretta dell'indice di rifrazione di una sostanza o indirettamente misurando il valore di qualche proprietà fisica correlata con l'indice di rifrazione.

Lo strumento più utilizzato per la misura dell'indice di rifrazione è il rifrattometro tradizionale o rifrattometro da laboratorio: tale strumento permette la misura del grado zuccherino di liquidi. Viene impiegato sia dai viticoltori che nelle industrie delle bevande zuccherate.

Per compiere la lettura del grado zuccherino si deposita una piccola quantità del liquido all'interno del prisma, che viene successivamente chiuso. Si punta lo strumento verso la luce del Sole e si legge direttamente il valore dalla scala attraverso l'oculare.

Rifrattometro da laboratorio

Rifrattometro da laboratorio e misura del grado zuccherino dell'uva. Tale operazione è di fondamentale importanza in quanto permette di stabilire in modo preciso il momento opportuno per effettuare la vendemmia.

Oltre al rifrattometro tradizionale, altri apparecchi più comunemente impiegati per la misura dell'indice di rifrazione sono il rifrattometro di Abbe, il rifrattometro a immersione e il rifrattometro di Pulfrich. Con quest'ultimo che, benchè meno usato, è di maggiore precisione, si lavora con luce monocromatica e su quantità di sostanza maggiore di quella necessaria per il rifrattometro di Abbe.

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