COLORIMETRO

El colorímetro es un aparato basado en la ley de absorción de la luz habitualmente conocida como de "Lambert-Beer". En realidad, estos dos autores nunca llegaron a colaborar puesto que un siglo separa el nacimiento de cada uno. Johann Heinrich Lambert (1728-1777) realizó sus principales contribuciones en el campo de la matemática y la física y publicó en 1760 un libro titulado Photometria, en el que señalaba la variación de la intensidad luminosa al atravesar un rayo de luz un número "m" de capas de cristal podía considerarse como una relación exponencial, con un valor característico ("n") para cada cristal. En 1852, August Beer (1825-1863) señaló que esta ley era aplicable a soluciones con diversa concentración y definió el coeficiente de absorción, con lo que sentó las bases de la fórmula que sigue siendo utilizada actualmente:

ln(I/Io) = -kcd donde

k= coeficiente de absorción molecular, característico de la sustancia absorbente para la luz de una determinada frecuencia. c= concentración molecular de la disolución
d= espesor de la capa absorbente o distancia recorrida por el rayo luminoso

Esta propiedad comenzó a ser utilizada con fines analíticos gracias a los trabajos de Bunsen, Roscoe y Bahr, entre otros. El colorímetro más antiguo de la colección de la Universidad de Valencia es semejante al propuesto en 1870 por Jules Duboscq (1817-1886), un fabricante de instrumentos ópticos de París. Es un buen ejemplo de lo que Gaston Bacherlard denominaba “theorèmes réifiés” para hacer referencia a los instrumentos científicos. Dado que su forma y sus características muestran claramente las bases teóricas de su funcionamiento, este tipo de instrumentos resulta particularmente adecuados para ser empleados en la enseñanza, por ejemplo, en el estudio de las leyes de la colorimetría .

Esquema del funcionamiento del colorímetro

El colorímetro permite la comparación de dos disoluciones, una de las cuales, para que pueda ser empleado con fines analíticos, debe ser de concentración conocida. Como puede observarse en la figura, la luz reflejada mediante el espejo inferior atraviesa los recipientes en los cuales se encuentran la muestra patrón y la muestra estudiada. Los tubos de vidrio (TC) permiten regular la distancia recorrida por el haz luminoso en la disolución. Finalmente, un prisma recoge estos rayos luminosos y los dirige al ocular, en el cual se pueden observar dos semicirculos procedentes cada uno de cada muestra y, de este modo, se puede comparar las intensidades de salida. Si se varía la posición de los tubos TC, que regulan el valor de la distancia recorrida por el rayo, se pueden obtener en el ocular dos semicirculos de igual intensidad y calcular el valor de la concentración de la disolución analizada, mediante el siguiente procedimiento:

I1 = Io * e-(k1c1d1) [1]

I2 = Io * e-(k2c2d2) [2]

Los valores d1 y d2 representan la longitud de las columnas de líquido que pueden regularse a voluntad, de modo que puede conseguirse que la intensidad final de la luz (I1) que atraviesa la disolución 1 sea igual a la intensidad final de la luz (I2) que atraviesa la disolución 2:

I1=I2

Igualando las ecuaciones [1] y [2] resulta: Io* e-(k1c1d1) = Io* e-(k2c2d2)

y simplificando la expresión queda: k1c1d1 = k2c2d2

Si las sustancias sometidas a análisis son las mismas, entonces los coeficiente de absorción molecular deben ser iguales , lo que permite simplificar la ecuación anterior y obtener un método para calcular la concentración de una disolución, si se conoce el valor de la otra:

c1 = c2 * d2/d1

Este tipo de instrumentos fueron reemplazados a partir de los años cuarenta de este siglo por los espectrofotómetros, que renovaron la popularidad de esta técnica. Estos instrumentos empleaban diversos métodos para la obtención de luz monocromática o, al menos, de un intervalo reducido de longitudes de onda, y la medida de la absorción se realizaba mediante células fotoeléctricas, las cuales habían comenzado a ser empleadas con tal fin desde principios de siglo por autores como Otto Berg y August H. Pfund.
En la colección figura uno de los primeros modelos de colorímetro de estas características, diseñado por B. Lange, y procedente también de las Facultades de Ciencias. Consta de dos recipientes que sirven para introducir los prismas de cuarzo con la disolución analizada y una disolución de concentración conocida. Una célula fotoeléctrica permite medir la intensidad luminosa que atraviesa una y otra muestra, de modo que, si la concentración de una disolución es conocida puede calcularse la otra, mediante un procedimiento semejante al descrito en los párrafos anteriores. En este caso, las magnitudes que permanecen constantes son las distancias recorridas por los rayos luminosos y la magnitud calculada es la relación entre las intensidades de salida.