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Colorímetro
Breve descripción
Un colorímetro es un instrumento analítico concebido para cuantificar la absorbancia y transmitancia de longitudes de onda específicas al atravesar una disolución química. Basado en la ley de Beer-Lambert, que establece que la fracción de luz absorbida depende linealmente de la concentración del soluto y de la longitud del camino óptico, este dispositivo permite realizar análisis bioquímicos cuantitativos, control de potabilidad del agua y seguimiento de reacciones químicas sin necesidad de complejos sistemas electrónicos.
Uso / Función
- Análisis Químico Cuantitativo: Determinación de la concentración de solutos, iones metálicos y compuestos orgánicos en fase líquida.
- Control de Calidad del Agua: Detección de trazas de contaminantes, cloro libre, nitratos, fosfatos y metales pesados en fuentes de agua potable y riego.
- Ensayos Bioquímicos: Cuantificación de proteínas, glucosa sanguínea, hemoglobina y cinética enzimática en laboratorios de campaña.
- Estandarización de Tintes y Pigmentos: Calibración de concentraciones de tintes y consistencia cromática en la fabricación de textiles y tintas.
Principio de funcionamiento
- Generación del Haz de Luz: Una fuente lumínica estable —como una lámpara de queroseno, apertura de luz diurna difusa o filamento incandescente— proyecta un haz uniforme hacia un espejo inferior.
- Filtrado Óptico Espectral: El haz atraviesa un filtro óptico de vidrio coloreado o celofán que selecciona la franja espectral complementaria donde el analito presenta su máxima absorción.
- Paso por la Muestra: La luz monocromática filtrada atraviesa una cubeta de vidrio óptico transparente con espesor o camino óptico definido.
- Comparación Visual Bipartida: En modelos visuales clásicos (como el colorímetro de Duboscq), dos haces atraviesan simultáneamente la muestra y un patrón; dos vástagos de vidrio macizo se sumergen a profundidades variables hasta igualar la luminosidad de ambas mitades de un campo visual dividido.
- Cálculo de Concentración: Conforme a la relación $A = \varepsilon c l$, cuando los campos visuales se igualan se cumple $c_1 l_1 = c_2 l_2$, lo que permite despejar la concentración desconocida de forma directa y precisa.
Cómo crearlo
- Construir el Chasis Soporte: Fundir o mecanizar una estructura vertical de hierro fundido o latón con patas niveladoras y un espejo plano orientable en la base para captar luz difusa.
- Mecanizar los Soportes de Cubetas: Instalar dos platillos paralelos mecanizados para sostener tubos cilíndricos o cubetas de vidrio óptico de fondo plano perfectamente transparente.
- Montar Vástagos de Inmersión: Fijar dos barras cilíndricas de vidrio óptico macizo a un carro mecánico accionado por piñón y cremallera para regular su inmersión en las cubetas.
- Instalar el Sistema Óptico Bipartido: Colocar un juego de prismas romboidales en la parte superior para reunir las imágenes de ambos tubos en un único ocular con diafragma de campo dividido.
- Incorporar Escalas de Nonio: Fijar reglas milimétricas con escala de nonio a los carros de desplazamiento vertical para medir el camino óptico con precisión de décimas de milímetro.
- Apantallar la Luz Parásita: Recubrir el conjunto con un blindaje o cilindro de latón ennegrecido o madera para evitar reflejos ambientales espurios durante la lectura visual.
Materiales necesarios
- Esenciales: Latón o Hierro para columnas maestras, engranajes y carros deslizantes; Vidrio óptico para cubetas, cilindros de inmersión y prismas combinadores; Madera para la base o cajas protectoras.
- Herramientas: Torno de precisión, disco para corte de vidrio, pastas abrasivas de pulido óptico, micrómetro y regla divisora de precisión.
- Sustitutos: Un conjunto emparejado de tubos de Nessler observados sobre una superficie blanca esmaltada permite comparaciones visuales preliminares sin mecanismos de inmersión.
Variantes y mejoras
- Colorímetro Duboscq: El diseño clásico de alta precisión con prismas bipartidos y vástagos sumergibles de vidrio.
- Tubos de Nessler: Sistema colorimétrico elemental mediante gradilla de tubos cilíndricos graduados para comparaciones colorimétricas directas.
- Fotocolorímetro: Sustituye la inspección visual humana por células fotovoltaicas de selenio o fotorresistencias acopladas a un galvanómetro.
- Colorímetro de Cuña: Emplea una cuña móvil de vidrio tintado para compensar y medir gradientes de absorción.
Límites y riesgos
- Turbidez e Interferencia: Las partículas en suspensión dispersan la radiación generando absorbancias artificiales elevadas; requiere filtración previa.
- Desviación de la Linealidad: Altas concentraciones provocan interacciones electrostáticas moleculares que alteran la proporcionalidad directa de la ley de Beer.
- Subjetividad del Observador: Los modelos visuales dependen de la sensibilidad retiniana del usuario y pueden verse afectados por fatiga ocular o daltonismo leve.