polarimetrie măsoară rotația pe care o suferă un fascicul de lumină polarizată atunci când trece printr-o substanță optic activă care poate fi un cristal (de exemplu turmalină) sau o soluție de zahăr.
Este o tehnică simplă, aparținând metodelor optice de analiză și cu numeroase aplicații, în special în industria chimică și agroalimentară pentru a determina concentrația soluțiilor zaharoase..
Indice articol
Fundamentul fizic al acestei tehnici rezidă în proprietățile luminii ca undă electromagnetică, constând dintr-un câmp electric și un câmp magnetic care se deplasează în direcții reciproc perpendiculare..
Undele electromagnetice sunt transversale, ceea ce înseamnă că aceste câmpuri, la rândul lor, se propagă în direcția perpendiculară pe ele, conform figurii 2.
Cu toate acestea, deoarece câmpul este alcătuit din numeroase trenuri de unde care provin de la fiecare atom și fiecare oscilează în direcții diferite, lumina naturală sau cea care provine dintr-un bec cu incandescență nu este polarizată..
În schimb, atunci când oscilațiile câmpului apar într-o direcție preferențială, se spune că lumina este polarizată. Acest lucru se poate realiza lăsând fasciculul de lumină să treacă prin anumite substanțe capabile să blocheze componentele nedorite și să permită trecerea doar a unuia..
Dacă, în plus, unda de lumină constă dintr-o singură lungime de undă, avem un fascicul monocrom polarizat liniar.
Materialele care acționează ca filtre pentru a realiza acest lucru se numesc polarizatori sau analizatori. Și există substanțe care răspund la lumina polarizată, rotind planul polarizării. Sunt cunoscute ca substanțe optic active, de exemplu zaharuri.
În general, polarimetrele pot fi: manuale, automate și semi-automate și digitale.
Polimetrele manuale sunt utilizate în laboratoarele didactice și laboratoarele mici, în timp ce cele automate sunt preferate atunci când este necesar un număr mare de măsurători, deoarece acestea reduc la minimum timpul petrecut pentru măsurare..
Modelele automate și digitale vin cu un detector fotoelectric, un senzor care emite un răspuns la schimbarea luminii și crește foarte mult precizia măsurătorilor. Există și cele care oferă citirea pe un ecran digital, fiind foarte ușor de operat.
Pentru a ilustra funcționarea generală a unui polarimetru, un tip optic manual este descris mai jos..
Un polarimetru de bază folosește două prisme Nicol sau foi Polaroid, în mijlocul cărora se află substanța optic activă de analizat..
William Nicol (1768-1851) a fost un fizician scoțian care și-a dedicat o mare parte din carieră instrumentării. Folosind un cristal de calcit sau spart Islanda, un mineral capabil să despartă un fascicul de lumină incident, Nicol a creat în 1828 o prismă cu care ar putea fi obținută lumina polarizată. A fost utilizat pe scară largă în construcția polarimetrelor.
Principalele părți ale unui polarimetru sunt:
- Sursa de lumină. În general, o lampă cu vapori de sodiu, tungsten sau mercur, a cărei lungime de undă este cunoscută.
- Polarizatoare. Vechile modele foloseau prisme Nicol, în timp ce cele mai moderne folosesc de obicei foi Polaroid, realizate din molecule de hidrocarburi cu lanț lung cu atomi de iod..
- Un suport de probă. Unde este plasată substanța de analizat, a cărei lungime este variabilă, dar cunoscută exact.
- Un ocular și indicatoare prevăzute cu cântare vernier. Pentru ca observatorul să măsoare cu precizie puterea de rotație a probei. Modelele automate au senzori fotoelectrici.
- În plus, indicatori de temperatură și lungime de undă. Deoarece puterea de rotație a multor substanțe depinde de acești parametri.
În procedura descrisă există un mic inconvenient atunci când observatorul reglează minimul de lumină, deoarece ochiul uman nu este capabil să detecteze variații foarte mici de luminozitate..
Pentru a depăși această problemă, polarimetrul Laurent adaugă o jumătate de foaie care întârzie jumătatea lungimii de undă, realizată din material birefringent..
În acest fel, observatorul are două sau trei regiuni adiacente cu luminozitate diferită, numite câmpuri, în vizualizator. Acest lucru face mai ușor pentru ochi să distingă între nivelurile de luminozitate..
Aveți cea mai precisă măsurare atunci când analizorul este rotit, astfel încât toate câmpurile să fie la fel de slabe..
Legea lui Biot raportează puterea rotativă α a unei substanțe optic active, măsurată în grade sexagesimale, cu concentrația c a substanței menționate -când este o soluție- și geometria sistemului optic.
Acesta este motivul pentru care accentul a fost pus în descrierea polarimetrului, că valorile lungimii de undă ale luminii și cele ale suportului probei trebuiau cunoscute.
Constanta de proporționalitate este notată [α] și se numește putere rotativă specifică a soluției. Depinde de lungimea de undă λ a luminii incidente și de temperatura T a probei. Valorile lui [α] sunt de obicei tabelate la 20 ° C pentru lumina de sodiu, în special, a cărei lungime de undă este de 589,3 nm.
În funcție de tipul de compus care urmează să fie analizat, legea lui Biot ia diferite forme:
- Solidele optic active: α = [α] .ℓ
- Lichide pure: α = [α]. ℓ.ρ
- Soluții cu substanțe dizolvate care au activitate optică: α = [α]. ℓ.c
- Eșantioane cu diferite componente optic active: ∑αeu
Cu următoarele mărimi suplimentare și unitățile lor:
- Lungimea suportului eșantionului: ℓ (în mm pentru solide și dm pentru lichide)
- Densitatea lichidelor: ρ (în g / ml)
- Concentrație: c (în g / ml sau molaritate)
Polarimetrele sunt instrumente de laborator foarte utile în diverse zone și fiecare tip de polarimetru are avantaje în funcție de utilizarea sa..
Un mare avantaj al tehnicii în sine este că este un test nedistructiv, adecvat atunci când se analizează probe scumpe și valoroase sau care, dintr-un anumit motiv, nu pot fi duplicate. Cu toate acestea, polarimetria nu se aplică niciunei substanțe, ci doar celor care au activitate sau substanță optică chiral, precum sunt cunoscute și ele.
De asemenea, este necesar să se ia în considerare faptul că prezența impurităților introduce erori în rezultate..
Unghiul de rotație produs de substanța analizată este în conformitate cu caracteristicile sale: tipul moleculei, concentrația soluției și chiar solventul utilizat. Pentru a obține toate aceste date, este necesar să se cunoască exact lungimea de undă a luminii folosite, temperatura și lungimea recipientului suport de probă..
Precizia cu care doriți să analizați proba este decisivă atunci când alegeți un echipament adecvat. Și costul său.
- De obicei sunt mai ieftine, deși există și versiuni digitale cu preț redus. În ceea ce privește acest lucru, există o mulțime de oferte.
- Sunt potrivite pentru utilizare în laboratoare didactice și ca instruire, deoarece ajută operatorul să se familiarizeze cu aspectele teoretice și practice ale tehnicii.
- Sunt aproape întotdeauna de întreținere redusă.
- Sunt puternici și durabili.
- Citirea măsurătorii este puțin mai laborioasă, mai ales dacă substanța de analizat are o putere de rotație redusă, prin urmare operatorul este de obicei personal specializat.
- Sunt ușor de manevrat și de citit, nu necesită personal specializat pentru funcționarea lor.
- Polimetrul digital poate exporta datele către imprimantă sau dispozitiv de stocare.
- Polimetrele automate necesită mai puțin timp de măsurare (aproximativ 1 secundă).
- Au opțiuni de măsurat pe intervale.
- Detectorul fotoelectric permite analiza substanțelor cu putere de rotație redusă.
- Controlați eficient temperatura, parametrul care influențează cel mai mult măsurarea.
- Unele modele sunt scumpe.
- Necesită întreținere.
Polarimetria are un număr mare de aplicații, așa cum am menționat la început. Zonele sunt diverse, iar compușii care trebuie analizați pot fi și organici și anorganici. Acestea sunt câteva dintre ele:
- În controlul calității farmaceutice, ajutând la determinarea faptului că substanțele utilizate la fabricarea medicamentelor au concentrația și puritatea corespunzătoare.
- Pentru controlul calității industriei alimentare, analizând puritatea zahărului, precum și conținutul acestuia în băuturi și dulciuri. Se mai numesc și polarimetre utilizate în acest mod zaharimetre și folosesc o anumită scară, diferită de cea utilizată în alte aplicații: scara ºZ.
- De asemenea, în tehnologia alimentară este folosit pentru a găsi conținutul de amidon al unei probe.
- În astrofizică, polarimetria este utilizată pentru a analiza polarizarea luminii în stele și pentru a studia câmpurile magnetice prezente în mediile astronomice și rolul lor în dinamica stelară..
- Polarimetria este utilă în detectarea bolilor oculare.
- În dispozitivele de teledetecție prin satelit pentru observarea navelor pe mare, zonele de poluare din mijlocul oceanului sau de pe uscat, grație imaginii cu contrast ridicat.
- Industria chimică folosește polarimetria pentru a distinge între izomeri optici. Aceste substanțe au proprietăți chimice identice, deoarece moleculele lor au aceeași compoziție și structură, dar una este o imagine în oglindă a celeilalte..
Izomerii optici diferă prin modul în care polarizează lumina (enantiomerii): un izomer o face spre stânga (stângaci) și celălalt spre dreapta (dreapta), întotdeauna din punctul de vedere al observatorului..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.