1. 1
DETERMINACIÓN DE ETANOL EN UNA BEBIDA ALCOHÓLICA
POR REFRACTOMETRÍA Y DE SACAROSA EN AZÚCAR POR
POLARIMETRÍA
RESUMEN:
Palabras Clave:
1. INTRODUCCIÓN
Existen instrumentos mediante los cuales es
posible medir de manera sencilla y efectiva el
índice de refracción (ecuación 1) de las fases
líquidas. Por eso, a través de los últimos años
se han desarrollado numerosos
procedimientos analíticos basados en la
medida de dicho índice.
[Ecuación 1]
La refracción es el cambio de dirección que
sufre un rayo de luz al pasar oblicuamente de
un medio a otro de distinta densidad. El índice
de refracción está directamente relacionado
con el número, la carga y la masa de las
partículas vibrantes de la sustancia a través de
la cual se trasmite la radiación. Así, se ha
comprobado que para grupo de compuestos
estructuralmente parecidos, el índice de
refracción varía con la densidad y el peso
molecular de la muestra. Por eso, esta técnica
se utiliza para la caracterización e
identificación de especies líquidas.
Las variables más importantes en la medición
del índice de refracción son la longitud de onda
de la radiación incidente y la temperatura, por
eso ambas variables deben especificarse a la
hora de reportar los resultados. Los valores
comúnmente medidos de n suelen ser
mayores que 1, debido a que la luz está
pasando del aire a un medio más denso
(sustancia de análisis). La longitud de onda
utilizada para los análisis por refractometría
suele ser la línea D del sodio, a 583,3 nm[1]
.
La razón por la cual se genera el cambio de
dirección cuando un haz de luz pasa a un
medio más denso se debe a la interacción de
la radiación electromagnética y las nubes de
electrones de la muestra presentes y del tipo
de enlace. Por eso, no es sorprendente que
exista una relación grande entre los índices de
refracción, las constantes dieléctricas y la
densidad. El comportamiento del índice de
refracción con la concentración es, como
cabría esperar, de aumento del primero
cuando la última aumenta. Los instrumentos de
medición de la refracción se basan en la
determinación del ángulo límite. Entre los
instrumentos más usados están el
refractómetro de Abbe, que trabaja en un
intervalo de n de 1,3000 a 1,7000 con una
precisión de ±0,0001. La figura 1 muestra las
partes fundamentales del refractómetro de
Abbe.
En este refractómetro, la muestra problema se
coloca formando una película muy delgada
entre dos prismas, uno difusor y otro de
refracción. La luz entra por la parte inferior, y

2. 2
los rayos rasantes inciden y se refractan en el
prisma de refracción.
Figura 1. Esquema de un refractómetro de Abbe,
instrumento usado de manera general para la
determinación de índices de refracción de muestras
en solución.
Recorriendo con un anteojo la cara superior de
este prisma se puede encontrar el ángulo de
emergencia del rayo límite. Para ello, el prisma
va puesto de tal modo que puede girar
alrededor de un punto central de su superficie,
siendo sometido a rotación hasta que se hace
coincidir con el retículo del ocular la línea de
separación de las regiones clara y oscura que
se observa con el anteojo. El aparato lleva una
escala calibrada en la que se lee directamente
el valor del índice de refracción. La línea de
separación de las regiones clara y oscura se
produce por el hecho de que un segmento del
prisma no queda iluminado por los rayos
refractados en la muestra [2]
.
La polarimetría se fundamenta en la capacidad
que tiene una sustancia de rotar el plano de la
luz polarizada que incide sobre ella. Cuando
luz ordinaria pasa a través de un prisma de
Nicol (hecho de espato de Islandia, ver figura
2), la luz que emerge del prisma está
polarizada en un plano, esto es, las
vibraciones electromagnéticas tienen lugar en
un solo plano. Con otro prisma de Nicol
ubicado al otro lado del camino óptico, se
puede medir el ángulo que rotó la luz
polarizada por la presencia de una sustancia
con esa capacidad.
Figura 2. Espato de Islandia usado como material
polarizador.
El instrumento (figura 3) consta de una
lámpara de vapor de sodio la cual emite una
longitud de onda específica (589,3 nm, línea
D), o sea, una luz monocromática. Ésta se
polariza al pasar por un prisma de Nicol. La
radiación polarizada pasa a lo largo de un tubo
(camino óptico) de longitud perfectamente
conocida que contiene la muestra, luego ese
haz atraviesa otro prisma de Nicol analizador y
finalmente llega a un ocular para la
observación visual. La determinación se
comienza haciendo girar el prima analizador,
sin muestra en el camino óptico, hasta
conseguir que las dos mitades del haz tengan
la misma intensidad, es decir, que a través del
ocular se vea todo el campo con un color
pálido uniforme. La mayoría de los
instrumentos actuales tienen otro pequeño
prisma de Nicol (prisma de penumbra)
montado formando un ángulo de pocos grados
con relación al prisma polarizador. Para que el
haz de luz pase por el camino óptico, se
utilizan cristales de cuarzo que son
transparentes a la radiación visible, rango en el
que está la línea D del sodio.

3. 3
Figura 3. Esquema de un polarímetro.
Cuando el haz que no pasa por el prisma de
penumbra tiene un distinto ángulo de rotación
que el haz que lo atraviesa, en el ocular se
observan dos segmentos definidos, uno claro y
otro oscuro. Las medidas polarimétricas de
manera visual resultan ser complicadas y se
asocia mucha incertidumbre en ellas. Para
solucionar este problema, muchos
instrumentos actuales poseen modelos
fotoeléctricos [3]
.
La actividad óptica, es la capacidad de una
sustancia de rotar el plano de la luz polarizada
que incide sobre ella. Por ejemplo, la sacarosa,
tiene ese poder de rotar el plano de la luz
polarizada. Una sustancia que rota el plano de
la luz polarizada hacia la derecha, es decir, en
el sentido de las manecillas del reloj, se dice
que es dextrógira, y cuando lo hace en el
sentido contrario se le llama levógira [4]
.
El ángulo de rotación depende de varios
factores. El primero es la naturaleza de la
sustancia, el segundo es el espesor de la capa
a través de la cual pasa la luz, el tercero es la
longitud de onda de la luz empleada, entre
más corta sea ella, mayor será el ángulo de
rotación, y el cuarto es la temperatura. Por
eso, para obtener un valor del poder rotatorio
de una sustancia determinada, todos los
factores anteriores se deben tener en cuenta, y
así se puede determinar la rotación específica.
Ésta se define como el ángulo de rotación
producido por un líquido en el que un volumen
de 1 mL contiene 1 g de sustancia activa,
cuando la longitud del camino óptico es 1 dm.
El poder rotatorio específico se representa por
[α], mientras que el ángulo de rotación se
representa por la letra α. Con un líquido puro,
la rotación específica se define como:
[Ecuación 2]
Donde l es la longitud del camino óptico y c su
concentración en g/mL. Esta rotación
específica es una constante característica de
la sustancia si se conservan los factores
anteriormente descritos en la medición [5]
.
El objetivo en la determinación por
refractometría era mostrar la utilidad de esta
técnica para la medición del índice de
refracción, propiedad de gran importancia para
el análisis cuantitativo y cualitativo, y con esto
determinar la cantidad de etanol en una bebida
alcohólica (aguardiente). Por medio de la
técnica de polarimetría de buscaba determinar
la rotación específica de la sacarosa y
determinar la cantidad de la misma en una
muestra de azúcar.
2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Refractometría:
La tabla 1 muestra los datos obtenidos en la
experimentación para el método de patrón
externo en la determinación por refractometría
de etanol en la muestra de bebida alcohólica

4. 4
(aguardiente). Estas mediciones se realizaron
en un rango de temperaturas de 26,1-26,8 ºC.
Tabla 1. Datos a partir del método de patrón
externo
Volumen
de Etanol
[mL]
Concentración
de Etanol
Patrón
[%
v
/v]
Índice de
Refracción
Promedio nD
0,0 0,0 1,3332
0,5 2,0 1,3344
1,0 4,0 1,3350
1,5 6,0 1,3360
2,0 8,0 1,3369
3,0 12,0 1,3392
4,0 16,0 1,3408
5,0 20,0 1,3499
Muestra 1,3360
La figura 3 muestra la curva de calibración
obtenida a partir de los datos de la tabla 1 para
el método de patrón externo.
Figura 3. Curva de Calibración para el método de
patrón externo en la determinación de etanol en la
bebida alcohólica.
Los datos de regresión se encuentran
consignados en la tabla 2 para la curva de
patrón externo.
Tabla 2. Datos de regresión para la curva por
patrón externo.
Pendiente [b] 0,00071725
Incertidumbre de la
Pendiente [sb]
0,00011019
Intercepto [a] 1,33207836
Incertidumbre del
Intercepto [sa]
0,00118161
Incertidumbre de la
ordenada al origen [sPE]
0,0020377
La concentración deetanol en la muestra
problema (nD=1,3360) se halló con la ecuación
3, donde xo es el valor de la concentración de
la muestra, yoes el valor de la señal analítica
de la muestra, a es intercepto y b es la
pendiente.
[Ecuación 3]
La incertidumbre de la medición asociada esta
determinación se halló con la ecuación 4, que
relaciona las incertidumbres de la pendiente y
el intercepto:
[Ecuación 4]
La concentración de etanol en la determinación
es 5,4±1,7 %V
/V. Con base en la densidad del
etanol al 99,9%V
/V (0,7615 g/mL), se determinó
la concentración de etanol en la bebida
alcohólica (aguardiente) en %p
/V:
El porcentaje de etanol en la bebida es
27,2±8,5%V
/V. El porcentaje de error en la
determinación por patrón externo es:
[Ecuación 5]
nD = 0,0007(%V/V) + 1,3321
R² = 0,876
1.33
1.335
1.34
1.345
1.35
1.355
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0
Método de Patrón Externo
nD
% V/V Etanol Patrón

5. 5
El límite de detección para la curva de patrón
externo se halló con la ecuación 6, usando k=3
y el límite de cuantificación se halló con la
ecuación 7 usando k=10.
[Ecuación 6]
[Ecuación 7]
El límite de detección para el método de patrón
externo es de 8,5%V
/V de etanol y el límite de
cuantificación es de 28,4%V
/V de etanol.
La tabla 3 muestra los datos a partir del
método de adición de estándar en la misma
determinación por refractometría. El volumen
de muestra añadido a cada solución fue de 3
mL, y el rango de temperatura de la medición
fue de 26,9 a 27,1 ºC.
Tabla 3. Datos a partir del método de adición de
estándar
Volumen
Etanol
[mL]
Concentración
de Etanol [%
v
/v]
Índice de
Refracción
Promedio
nD
Índice de
Refracción
Promedio
nD menos
blanco
0,0 0,00 1,3347 0,0015
0,5 0,02 1,3353 0,0021
1,0 0,04 1,3367 0,0035
2,0 0,08 1,3389 0,0057
3,0 0,12 1,3409 0,0077
4,0 0,16 1,3430 0,0098
La figura 4 muestra la curva de calibración
obtenida por este método a partir de los datos
consignados en la tabla 2.
Figura 4. Curva de adición de estándar para la
determinación de etanol en muestra.
Los datos de regresión se encuentran
consignados en la tabla 4 para la curva de
adición de estándar.
Tabla 4. Datos de regresión para la curva de
adición de estándar.
Pendiente [b] 0,00053105
Incertidumbre de la
Pendiente [sb]
1,3168*10
-5
Intercepto [a] 0,00133263
Incertidumbre del
Intercepto [sa]
0,00011827
Incertidumbre de la
ordenada al origen [sAE]
0,00018151
La concentración de etanol en la determinación
de la muestra (3 mL) se halló con la ecuación
de la curva del método de adición de estándar,
donde a es el intercepto y b es la pendiente
(ecuación 8).
[Ecuación 8]
La incertidumbre de la medición asociada a
esta determinación se halló con la ecuación 2,
que relaciona las incertidumbres de la
pendiente y el intercepto:
nD = 0,0005(%V/V) + 0,0013
R² = 0,9975
0.0000
0.0020
0.0040
0.0060
0.0080
0.0100
0.0120
0.00 10.00 20.00
Método de Adición de Estándar
nD-Blanco
% V/V Etanol

6. 6
La concentración de etanol en la determinación
es 2,4±0,2 %V
/V. Con base en la densidad del
etanol al 99,9%V
/V (0,7615 g/mL), se determinó
la concentración de etanol en la bebida
alcohólica (aguardiente) en %p
/V:
El porcentaje de etanol en la bebida es
20,9±1,7%V
/V. El porcentaje de error en la
determinación por patrón externo es:
El límite de detección para la curva de adición
de estándar se halló con la ecuación 5, usando
k=3 y el límite de cuantificación se halló con la
ecuación 6 usando k=10.
El límite de detección para el método por
adición de estándar es 1,0% V
/V de etanol y el
límite de cuantificación es de 3,4%V
/V de etanol.
Para determinar si existen efectos de matriz,
se comparó las sensibilidades de ambos
métodos (tanto la del patrón externo como la
del de adición de estándar). Para esto, se
utilizó una prueba t de comparación de
sensibilidades:
Prueba t para comparar sensibilidades:
1. H0= La pendiente del método de patrón
externo (bPE) no difiere significativamente de la
pendiente del método de adición de estándar,
por lo que no hay evidencia de efectos de
matriz.
2. H1= La pendiente del método de patrón
externo (bPE) difiere significativamente de la
pendiente del método de adición de estándar,
por lo que hay evidencia de efectos de matriz.
3.
[Ecuación 9]
[Ecuación 10]
4. ¿tcalculado (0,50)>tcrítico (3,06) al 99% de
confianza, dos colas? R// No
5. Se retiene la H0
6. Se concluye que ambas sensibilidades no
difieren significativamente, o sea, que no se
evidencia la presencia de efectos de matriz
(ver figura 5, la línea azul es el método de
patrón externo, la roja es el método de adición
de estándar).

7. 7
Figura 5. Comparación de sensibilidades para los
dos métodos de determinación de etanol en
muestra de bebida alcohólica.
Polarimetría:
La tabla 5 muestra los datos obtenidos de la
medición del ángulo de rotación para cada
solución estándar y la muestra.
Tabla 5. Datos obtenidos por la técnica de
polarimetría para la determinación de sacarosa en
una muestra (Azúcar Incauca)
Masa de
Sacarosa
[g]
Concentración
de Sacarosa [%
p
/v]
Ángulo de
Rotación α
[°]
1,0017 4,0068 5,03
2,0007 8,0028 10,53
2,5015 10,0060 12,75
2,9998 11,9992 14,90
4,0006 16,0024 17,23
5,0000 20,0000 27,23
Muestra 15,65
La figura 6 muestra la curva de calibración
obtenida al graficar los daos de la tabla 5, para
la técnica de polarimetría.
Figura 6. Curva de calibración para la
determinación de sacarosa por polarimetría
Los datos de regresión para esta curva de
calibración por la técnica de polarimetría se
encuentran consignados en la tabla 6,
utilizando el métodode la curva de patrón
externo.
Tabla 6. Datos de regresión para la curva por
patrón externo.
Pendiente [b] 1,2746958
Incertidumbre de la
Pendiente [sb]
0,14060001
Intercepto [a] -0,26343851
Incertidumbre del
Intercepto [sa]
1,79714912
Incertidumbre de la
ordenada al origen [sPE]
1,79621039
La rotación específica de la sacarosa ([α]), se
calculó a partir de la ecuación 11, que se
relaciona con el ángulo de rotación(α)y el
camino óptico (l), que en la práctica fue de 20
dm.
[Ecuación 11]
La incertidumbre de la medición asociada esta
determinación es:
nD = 0,0005(%V/V) + 0,0013
R² = 0,9975
nD= 0,0007(%V/V) + 1,3321
R² = 0,876
0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
1.0000
1.2000
1.4000
1.6000
0.00 10.00 20.00
Método de Patrón Externo vs.
Adición de Estándar en
Refractometría
% V/V Etanol
nD
α = 1,2747(%P/V) - 0,2634
R² = 0,9536
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
4.0000 9.0000 14.0000 19.0000
Concentración de Sacarosa vs. Ángulo
de Rotación
α
% p/v de sacarosa

8. 8
El valor de la rotación se halló con la pendiente
de la ecuación de la curva de calibrado, y su
valor de es 63,7±7,0 º*mL/dm*g. La rotación
específica reportada en la literatura para la
sacarosa es 66,5 º*mL/dm*g a 20ºC y a 589,3
nm (línea D de sodio)[6]
. El porcentaje de error
en este valor es de:
La concentración de sacarosa en la muestra
problema es:
La incertidumbre de la medición asociada esta
determinación es:
El porcentaje de sacarosa en la muestra
tomada (de Azúcar Incauca) es:
El porcentaje de error asociado a esta
determinación es:
El límite de detección para esta determinación
por método de patrón externo se halló con la
ecuación 4, usando k=3 y el límite de
cuantificación se halló con la ecuación 5
usando k=10.
El límite de detección para el método por
patrón externo es 4,2% p
/V de etanol y el límite
de cuantificación es de 14,1%p
/V de etanol.
5. REFERENCIAS
[1] OLSEN, Eugene D. Métodos ópticos de análisis.
España. Editorial Reverté. 1990. p. 438-439.
[2] PICKERING, W. F. Química analítica moderna.
España. Editorial Reverté. 1980. p. 263-265.
[3] Íbid. 269-271.
[4] RODRÍGUEZ GARCÍA, J., VIRGÓS ROVIRA, J.
M. Fundamentos de óptica ondulatoria. España. Servicio
de Publicaciones: Universidad de Oviedo. 1998. p. 154.
[5] FINDLAY, A. Química física práctica de Findlay.
España. Editorial Reverté. 1979. p. 230-238.
[6] ACUÑA ARIAS, F. Química orgánica. 1ª edición.
Costa Rica. Editorial Universidad Estatal a Distancia
(EUNED). 2006. p. 284.