Diseño, implementación y caracterización de un refractómetro diferencial

Abstract

El presente trabajo tiene como fin presentar la implementación de un refractómetro diferencial así como la metodología para su caracterización y calibración para medir pequeños cambios en el índice de refracción de medios transparentes. Además se utilizó el refractómetro diferencial para evaluar su capacidad en medir medios ligeramente turbios. Para esto se diseñó una celda en un sotfware creador de modelos en 3-D de código abierto (FreeCAD). Dicha celda se construyó utilizando una impresora 3D Prusa modelo mk3+, para contener las sustancias bajo estudio. Que a su vez es parte de un arreglo óptico que utiliza un láser como fuente de luz, y un fotodiodo de silicio como sensor para medir el desplazamiento del haz refractado por la celda. En primera instancia se realizó un análisis de incertidumbres asociadas a las variables de las que depende el modelo teórico así como una evaluación del ruido y la estabilidad de los elementos del arreglo. Como primera propuesta para realizar las mediciones se colocó un alambre rectificado frente al fotodiodo para detectar la posición del haz refractado por la muestra bajo estudio y usando soluciones de cloruro de sodio en agua tridestilada. Se calibró el sistema utilizando como referencia las mediciones del índice de refracción que proporciona un refractómetro de Abbe comercial. También se hicieron mediciones de concentraciones de glucosa diluidas en solución salina al 0.9 % para las cuales se mostró que el refractómetro diferencial puede medir mejor los cambios de las concentraciones en el rango biológico que el refractómetro comercial. Al realizar las mediciones en el refractómetro diferencial se comprobó que las mediciones para altas concentraciones siguen siendo equiparables con las del refractómetro de Abbe; sin embargo, se observó que si se quería mayor precisión para observar los mínimos desplazamientos en las mediciones debía cambiarse el alambre rectificado por un objeto más delgado y se optó por usar una rendija con un ancho de 50 µm. En una segunda parte del trabajo se incorporó el uso de una cámara con un arreglo lineal de pixeles, con la finalidad de mejorar la resolución de dicho arreglo experimental y para analizar cómo afecta la temperatura a las mediciones del refractómetro diferencial ya que la cámara nos permite medir en función del tiempo.En última instancia se intentó comprobar experimentalmente la validez de la corrección al cálculo del índice de refracción para un medio ligeramente turbio propuesta en un artículo previo.