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Relatório de Técnicas Eletroanalíticas

Refratometria

Relatório elaborado pelas alunas: Mércia Cunha

Nayara Argolo

Railane Freitas

Turma: 8833 – G2

Salvador,

17 de Abril de 2012

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SUMÁRIO

página

Introdução................................................................................................................ 03

Objetivos.................................................................................................................. 06

Materiais e reagentes................................................................................................ 07

Procedimento experimental....................................................................................... 07

Resultados e discussões............................................................................................ 09

Conclusão.................................................................................................................. 16

Referências bibliográficas......................................................................................... 17

Anexo......................................................................................................................... 18

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INTRODUÇÃO

O Índice de Refração é a razão entre a velocidade de radiação de uma frequência

da partícula no vácuo e a velocidade de radiação da mesma frequência no meio

considerado. Ou seja, o desvio que a luz sofre quando passa de um meio para o outro

depende da velocidade da luz nos dois meios. Como a diferença entre o índice de

refração no vácuo e no ar é de 0,03 %, então geralmente leva-se em consideração

somente o ar.

Quando o primeiro meio é o vácuo, o índice de refração que relaciona a

velocidade da luz no vácuo com a velocidade no outro meio (v), é denominado índice de

refração absoluto (n): n = c /v.

Em que: c é a velocidade da luz no vácuo (c = 3 x 108 m/s); v é a velocidade da luz

no meio;

Se o índice de refração de um meio A é e o índice de um meio B é ,

definimos que chamaremos de índice de refração relativo entre dois meios, a relação

entre os índices de refração absolutos de cada um dos meios, de modo que:

Mas como visto:

Então podemos escrever:

Ou seja:

A refratometria é considerada um método instrumental, pois utiliza dos princípios

analíticos desta ciência que envolve fenômenos físicos. Quando uma luz penetra num

liquido ela muda de direção; isto é chamado de refração. O ângulo de refração, medido

em graus, indica à mudança de direção do feixe de luz. Um refratômetro obtém e

transforma os ângulos de refração em valores de índices de refração. O índice de

refração depende do comprimento de onda e da temperatura, assim como também varia

de acordo com a concentração do soluto, uma vez que o índice de refração aumenta

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linearmente com a concentração somente quando esta for expressa por massa por

volume.

A equação de Snell, também chamada de descartes, permite obter dados

qualitativos e quantitativos que possibilitam identificar e estimar a concentração de

solutos que apresentam o fenômeno da refração, relacionando os ângulos de incidência

e refração com os índices de refração. A razão entre o seno do ângulo de incidência (i) e

o seno do ângulo de refração (r) é constante e esta constante é igual ao índice de

refração relativo η, para um dado comprimento de onda, conforme se observa na

equação abaixo:

n 2,1 = seno i/ seno r = v1/ v2

n = índice de refração do meio 1 em relação ao meio 2

i = ângulo de incidência

r = ângulo de refração

v1 = velocidade da luz no primeiro meio

v2 = velocidade da luz no segundo meio

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,

concluímos que essas alterações também alteram o índice de refracção. 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. O valor do índice de refração em qualquer meio, exceto o

vácuo, é sempre maior que a unidade (n>1). Portanto, quanto maior o índice de refração

de um material, em relação ao ar, maior será o desvio da luz quando passa do ar para

esse material. A maioria dos índices de refração é menor que 2; uma exceção é o

diamante, cujo índice é aproximadamente 2,4.

Os equipamentos que fazem essa mensuração do índice de refração são os

chamados de refratômetros. O refratômetro é um equipamento para laboratório utilizado

para teste e controle em laboratórios, indústria alimentícia, de bebidas e outros para

indicar o índice de refração do elemento analisado. O índice de refração é proporcional

à concentração em porcentagem de sólidos dissolvidos em soluções aquosas (%Brix), o

que, no caso dos alimentos corresponde principalmente ao açúcar que eles contêm.

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A escala Brix é calibrada pelo número de gramas de açúcar contidos em 100 g de

solução. Quando se mede o índice de refração de uma solução de açúcar, a leitura em

percentagem de 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, incluindo açúcar, sais, proteínas, ácidos e etc.

O refratômetro de Abbé faz uso do princípio de ângulo crítico ou ângulo limite de

reflexão total, pois três raios de radiação monocromática atravessam um meio de

diferentes densidades, onde dois são refratados e devem produzir luz no outro lado do

meio. Porém o terceiro raio, e todos os outros raios com ângulo de incidência igual ou

maior que o segundo, chamados de ‘raio crítico’, não são refratados, mas refletidos. O

campo no telescópio irá mostrar uma região clara e outra escura, a fina linha de

demarcação entre elas corresponde ao ângulo crítico, em que este ângulo é utilizado

para medir o índice de refração de várias substâncias, pois o ângulo crítico é diferente

para cada substância.

Figura 1: Caminho da luz através do refratômetro de Abbé

Este é o refratômetro mais comum e usado, detectando índices de refração entre

1,3 a 1,7 com uma precisão de ±0, 0003 unidades.

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OBJETIVOS

Determinar o índice de refração de óleos vegetais empregando o refratômetro de

Abbé.

Aplicar o índice de refração na identificação da qualidade de óleos vegetais.

Determinar o % Brix de produtos açucarados, caldas e salmouras empregando o

refratômetro de Abbé e o refratômetro portátil.

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MATERIAIS E REAGENTES

Materiais;

Equipamentos;

Vidrarias

Quantidade Amostras Quantidade

Refratômetro de Abbé 1 Óleo de mamona 2 gotas

Béqueres 3 Óleo de soja 2 gotas

Pipetas 17

Solução de

sacarose

(10 a 50%)

2 gotas

Algodão - Refrigerante 1 gota

Papel macio - Geleia 1 porção

Espátula 1Calda de conserva

de pêssego 1 gota

Acetona -Salmoura

(10 a 30%)2 gotas

Éter -Conserva de

azeitona1 gota

- - Mel 1 gota

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1. Verificou-se o equipamento utilizando água destilada. Conferiu-se o valor obtido

com o tabelado para diferentes temperaturas.

2. Abriu-se a chave 8 e girou-se o sistema, para que o prisma opaco ficasse na

posição horizontal.

3. Limpou-se cuidadosamente os prismas, utilizando papel macio umedecido com

éter, secou-os bem.

4. Colocou-se 1 gota de casa amostra sobre o prisma opaco, sem tocá-lo com a

pipeta.

5. Fechou-se o sistema rapidamente a fim de evitar a evaporação.

6. Girou-se a chave 10 até que a luz observada no ocular 1 tornou-se parcialmente

escura.

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7. Quando não houve nitidez da linha escuro-claro, girou-se o compensador 4 para

que tal nitidez fosse melhor possível.

8. Girou-se a chave 10 até que a linha escuro-claro ficasse exatamente sobre o

cruzamento das linhas do visor.

9. Leu-se o índice de refração e o % Brix no microscópio de leitura 12.

10. Abriu-se o sistema de primas e limpou-o muito bem.

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RESULTADOS E DISCUSSÕES

Amostra T (°C)% Brix

medido

% Brix

corrigido

n20°C λ n40

°C

λ

Óleo de mamona20º C /

40ºC75,02% / - 1, 478 1, 678

Óleo de Soja (Soya)20º C /

40ºC70,61% / - 1, 475 1, 671

Solução de sacarose 10%20º C /

40ºC

10,40% /

5,41%1, 350 1, 344

Solução de sacarose 20%20º C /

40ºC

15,32% /

15,28%1, 358 1, 358

Solução de sacarose 30%20º C /

40ºC

25,12% /

25,11%1, 373 1, 373

Solução de sacarose 40%20º C /

40ºC

30,45% /

30,40%1, 385 1, 385

Solução de sacarose 50%20º C /

40ºC

35,81% /

40,16%1, 398 1, 402

Refrigerante (Coca-Cola) 20ºC 10,13% 1, 349 -

Geléia20º C /

40ºC

65,12% /

60,72%1, 455 1, 452

Calda de conserva de fruta 20°C 15,20% 1, 358 -

Salmoura 10%20º C /

40ºC

10,10% /

20,44%1, 349 1, 368

Salmoura 20%20º C /

40ºC

15,62% /

20,44%1, 362 1, 368

Salmoura 30%20º C /

40ºC

25,17% /

25,16%1, 374 1, 374

Salmoura de conserva de azeitona 20º C 5,60% 1, 346 -

Mel20º C /

40ºC

75,76% /

75,74%1, 489 1, 490

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O índice de refração (também conhecido pela variável nD) alem de mudar com o

comprimento de onda também muda com a temperatura, então a temperaturas diferentes

teremos índices de refração diferentes, como pode ser visto de acordo com a tabela de

resultados onde encontram-se aferições para 20ºC e 40ºC. O índice de refração de uma

substância pura é uma constante, mantidas as condições de temperatura e pressão e,

como tal, pode ser usado como meio de identificação da mesma. Em análise de

alimentos, embora não se tratem de substâncias puras no estrito sentido, em certos

casos, como o de óleos, gorduras e óleos essenciais, o índice de refração apresenta

variação muito pequena e é então usado para uma avaliação do produto.

Brix (símbolo °Bx) é uma escala numérica que mede a quantidade de compostos

solúveis numa solução de sacarose. A escala Brix é utilizada na indústria de alimentos

para medir a quantidade aproximada de açúcares em sucos de fruta, vinhos e na

indústria de açúcar.

A quantidade de compostos solúveis corresponde ao total de todos os compostos

dissolvidos em água, começando com açúcar, sal, proteínas, ácidos e etc e os valores de

leitura medido é a soma de todos eles.

A quantidade de açúcar mensurada diretamente pelo refratômetro somente

representará a quantidade de açúcar seca dissolvida na solução medida se ela contiver

somente açúcar puro, o que raramente constitui o caso no cotidiano, ou seja, nas

amostras de mel, geléia, refrigerante e conserva de pêssego, que são produtos

comumente utilizados, não haverá apenas açúcar puro na sua composição.

Uma solução de 25 °Bx tem 25 gramas do açúcar da sacarose por 100 gramas de

líquido. Ou, para colocar de outra maneira, são 25 gramas do açúcar da sacarose e 75

gramas da água nos 100 gramas da solução.

De acordo com os resultados obtidos experimentalmente a porcentagem de Brix

medida aumenta de acordo com o aumento da porcentagem de sacarose na solução,

tanto em relação à 20ºC quanto a 40ºC, ou seja, numa solução de sacarose a 50% (35,

81% / 40, 16% respectivamente) há mais açucares dissolvidos do que numa solução de

sacarose a 10% (10, 40% / 5, 41% respectivamente ). É possível notar também que a

medida que aumenta a temperatura a porcentagem de Brix tem um leve decréscimo,

com exceção da sacarose a 50% que teve um acréscimo a 40ºC em relação a 20ºC. Já

quando observamos o índice de refração, é possível chegar à conclusão de que ele

aumenta, diminui, ou permanece o mesmo, com o aumento da temperatura quando se

trata da sacarose, pois as temperaturas de 20ºC e 40ºC para a solução a 10% passou de

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1, 350 para 1, 344, havendo um decréscimo, porém permaneceu o mesmo para as

soluções de 20% a 40% e aumentou para a solução a 50% indo de 1, 398 para 1, 402.

Grande parte dos alimentos consumidos diariamente contém açúcar. O teor de

açúcar presente em bebidas é um dos parâmetros mais importantes para o controle de

qualidade, de processos e valor nutricional. Na prática verificou-se o teor de açúcar da

Coca-cola utilizando-se as propriedades de Índice de Refratometria na escala Brix, este

que é utilizado na indústria para medir a quantidade aproximada de açucares em

diversos alimentos, permitindo saber-se a concentração real do açúcar nas amostras

analisadas.

Na prática observou que o índice de Refração e Brix foram respectivamente 1,

3491 e 10,13%, na qual não se pode haver uma comparação do índice com a teoria, pois

não se encontrou dados teóricos referentes ao experimento, apenas o Brix, este que se

enquadrou nos valores teóricos que variam de 5 a 15%. Comparando-se com a Calda de

conserva de frutas, produto resultante da mistura de açúcar, água ou suco de fruta

fervidos juntos, que também fora analisado em prática, observou-se um maior Índice de

Refração 1, 3578 e porcentual de Brix 15,20%, no qual pode-se concluir que esse

aumento é mediante a maior quantidade de sacarose na Calda de conserva Frutas, tal

que varia com o aumento do Brix. Em escala industrial o Brix da calda precisa ser

calculado e medido cuidadosamente antes de ser utilizado, para apresentar uma

composição uniforme nas latas de frutas e grau Brix correto após o enlatamento e

processamento industrial.

Foram observados também índices de refração e Brix da Geleia, e Mel. As Géleia

são conservas fabricadas com o suco das frutas, cozidas em calda. Estas devem possuir

um teor de sacarose não muito alto, pois correm o risco de se tornar enjoativas. Por isso

comparando-se ao mel, produto também analisado, observou-se menores porcentagens

de Brix, mediante que a geleia deve ser menos açucarado que o Mel, e já que a

porcentagem de Brix varia com a quantidade se sacarose, observa-se menor

porcentagens de Brix a 20° e 40° (65,12% / 60,72%) da Geleia comparando-se com o

Mel a 20° e 40° (75,76% / 75,74%). Na análise observou-se também que no caso da

Geleia com o aumento da temperatura, houve um aumento na porcentagem de Brix, já

no Mel com o aumento da temperatura houve um decréscimo da porcentagem de Brix.

O Mel natural é um produto açucarado fornecido pela abelha apis mellifera l., apidae. O

produto é uma solução aquosa concentrada de açúcares, geralmente com predominância

de frutose e glucose, e de pequenas quantidades de dextrinas, enzimas, ceras, óleos

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voláteis, ácidos orgânicos, éteres, substâncias gomosas, albuminoides e minerais. A

principal forma de falsificação do mel é pela adição de açúcar comercial, glucose e

dextrinas, além disso, pode ocorrer no comércio mel artificial, que é constituído por

açúcar com adição de substâncias aromáticas e/ou de mel natural. A análise do mel tem

por finalidade descobrir se o produto é genuíno, artificial ou falsificado, diante disso

analisa-se o Índice de Refração e Porcentual de Brix. Na prática observou-se que com o

aumento da temperatura de 20° para 40°C, aumentou-se o Índice de Refração de 1,4891

para 1,4896, respectivamente. Diferente da Geleia que com o aumento da temperatura,

diminuiu-se seu Índice de Refração (1, 45501 - 1, 4523).

Os óleos vegetais são produtos provenientes principalmente de plantas

oleaginosas, sendo utilizados em produtos alimentícios fazendo parte tanto a nível

doméstico, quanto a nível industrial. A determinação do índice de refração está

relacionada com o grau de saturação das ligações, mas é afetado por outros fatores tais

como: teor de ácidos graxos livres, oxidação e tratamento térmico. De acordo com sua

natureza os óleos possuem diferentes índices de refração, tais índices apresentam

variação muito pequena sendo usados então para avaliação do produto, como critérios

de qualidade, indicador de pureza, e identificação da maioria dos óleos, sabe-se que a

partir dos índices de refração determinam-se as concentrações dos materiais diante

disso, utiliza-se tal propriedade física como critério de qualidade. Os índices de refração

aumentam com o índice de iodo podendo ser utilizados também, no controle de

processos de hidrogenação de óleos insaturados.

O óleo de mamona é bastante cotado mediante a sua versatilidade industrial,

sendo um produto que faz parte na fabricação de plásticos, tintas, cosméticos, também

utilizadas na biomedicina, elaboração de próteses, e no desenvolvimento da elaboração

de biodiesel. O Óleo de Soja é o mais consumido mundialmente, no Brasil têm-se vários

incentivos para a produção e comercialização do Óleo de Soja que pode ser produzido

nas seguintes qualidades: bruto, refinado comestível, refinado industrial, lecitina. A

vantagem do óleo de soja em relação a outros óleos deve-se ao seu baixo preço aliada à

sua excelente qualidade cosmética, farmacêutica, alimentícia, veterinária, ração animal,

industrial na produção de vernizes, tintas, plásticos, lubrificantes entre outros.

Na prática, determinou-se o índice de refração a 20°C e 40°C dos Óleos de Mamona e

Soja. Quanto ao Óleo de Mamona encontrou-se respectivamente os índices a 20°C e

40°C de 1,4781 e 1,6779, no qual o óleo a 20°C está de acordo se comparado à teoria

(1,477 – 1,481), onde comprova-se que a está temperatura o óleo de Mamona está

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dentro dos critérios de qualidade. Já a 40°C, encontrou-se o índice de 1,6779, no qual o

mesmo não está de acordo à teoria (1,466 – 1,473).

Ao analisarmos os índices de refração do Óleo de soja a 20°C e 40°C, observou-se

igualmente que a 20°C, o índice encontrado (1,4749) está conforme a variação do

teórico que vai de 1,465 a 1,475, já a 40°C notou-se um maior índice de refração

(1,6706) se comparado à teoria 1,466 - 1,470.

No experimento os Brix dos óleos não foram obtidos a 40°C, não havendo

visualização, pois a faixa de medição em Brix vai de 0 a 95% e tais óleos a 40°C

possuem Brix acima de 95%, onde não é possível visualização no aparelho de Abbé. As

porcentagens de Brix visualizadas a 20°C dos Óleos de Mamona e Soja foram

respectivamente, 75,02% e 70,61%, nos quais ambos estavam de acordo comparando-se

as porcentagens teóricas de Brix dos óleos que vão de 0 a 80%, tais porcentagens são as

concentrais de sólidos solúveis porcentuais contidos nas amostras de óleos.

A salmoura é uma solução de água saturada de sal onde se pode conservar

alimentos em geral, sendo assim, a conserva de azeitona também é considerada um

exemplo de salmoura. De modo a manter a integridade do alimento, sua concentração

de sal é alta, sendo este o sólido dissolvido presente em maiores proporções na

salmoura, uma vez que o sal provoca a diminuição da atividade da água nos alimentos,

que é um fator necessário para a reprodução microbiana, aumentando desta forma a

conservação dos alimentos.

Após a retirada do sal dos alimentos, o mesmo se torna vulnerável ao ataque dos

microrganismos, pois a atividade da água deixou de ser limitante, motivo pelo qual pelo

qual o alimento deverá ser rapidamente consumido ou processado. O sal para

enlatamento deve conter, no mínimo, 99% de cloreto de sódio, e os de pureza abaixo de

98% não devem ser usados, pois essas impurezas podem reagir com a lata ou com o

próprio produto, alterando a cor e porventura o sabor do mesmo, a água para a

salmoura, pelo mesmo motivo, deve ser tão pura quanto possível.

Determinou-se então o índice de refração e a %Brix da salmoura a diferentes

concentrações (10, 20 e 30%) e da conserva de azeitona a uma temperatura média de

20ºC e depois analisou-se somente a salmoura (10, 20 e 30%) a uma temperatura média

de 40ºC e percebeu-se que, de modo geral, com o aumento da concentração das

amostras, houve também um aumento do índice de refração. Como se sabe que a %Brix

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indica a quantidade de sólidos dissolvidos na solução aquosa, supõe-se que aumentando

a concentração desta amostra, aumentaremos a sua %Brix, o que de fato ocorreu na

prática, de acordo com a tabela apresentada anteriormente. Do mesmo modo, com o

aumento da %Brix, percebemos também o aumento do índice de refração dessas

amostras, indicando que estes são diretamente proporcionais. Agora ao se comparar os

valores obtidos em uma amostra a 20ºC e outra a 40ºC, percebemos que houve uma

diminuição no índice de refração, ou seja, a velocidade com que a luz atravessa o meio é

alta, diminuindo, desta maneira, o índice de refração, já que a facilidade da

passagem de luz é aumentada pela desorganização das partículas, uma vez que

estas devido a energia que lhes foi fornecida estão sob constante agitação.

Nas amostras de salmoura a 10% e 20% que estavam condicionadas a uma

temperatura de 40ºC, percebeu-se que não houve uma variação conforme esperado, pois

o índice de refração e a %Brix estavam praticamente iguais, o que nos leva a acreditar

que houveram falhas na hora da limpeza do refratômetro entre a análise de uma

amostra e outra, influenciando assim nos resultados finais.

Como não encontramos os valores teóricos da %Brix e do índice de refração de

todas as amostras na literatura, não foi possível uma análise mais detalhada destes e não

tivemos como saber se os valores que encontramos na prática estão ou não conformes,

ou seja, numa faixa próxima àquela tida como referência, podendo discutir razões para

as prováveis discrepâncias que seriam encontradas.

CONCLUSÃO

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A partir dos experimentos realizados em laboratório foi possível perceber que a

refratometria é uma técnica de simples utilização sem necessitar de grandes recursos. É

bastante útil para analisar substâncias e alimentos a base de sacarose e salmoura,

atentando assim para a sua qualidade.

Para validar a teoria vista foram analisadas diferentes substâncias no experimento

e a cada análise tornou-se possível conhecer a %Brix de cada uma, além do seu índice

de refração, temas abordados anteriormente nesse relatório.

Os objetivos previamente traçados foram alcançados com sucesso. Porém por falta

de embasamento teórico houve certa dificuldade para a elaboração da discussão e em

fazer conclusões objetivas das análises, tornando os resultados não muito confiáveis.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

16

1. http://www.ial.sp.gov.br/index.php?

option=com_remository&Itemid=0&func=startdown&id=5 (Acessado em

16/04/2012)

2. http://www.mrvduarte.com/cariboost_files/apostila_analise_completa.pdf

(Acessado em 17/04/2012)

3. http://www.deag.ufcg.edu.br/copeag/dissertacoes2006/DISSERTACAO

%20COMPLETA%20-%20Ticiana%20Leite%20Costa.pdf (Acessado em

16/04/2012)

4. http://www.campestre.com.br/oleo-de-soja.shtml (Acessado em 17/04/2012

5. http://www.sbrt.ibict.br/dossie-tecnico/downloadsDT/MjM0 (Acessado em

18/04/2012)