Foundation polarimetrie, typen, toepassingen, voor- en nadelen

De Polarimetrie Het meet de rotatie dat een straal van gepolariseerd licht ervaart wanneer het een optisch actieve stof kruist die een kristal kan zijn (bijvoorbeeld toermalijn) of een suikeroplossing.

Het is een eenvoudige techniek, behorend tot de optische analysemethoden en met tal van toepassingen, vooral in de chemische en agri -voedingsindustrie om de concentratie van suikerhoudende oplossingen te bepalen.

Figuur 1. Digitale automatische polarimeter. Bron: Wikimedia Commons. NAAR.Krüss Optronic GmbH, http: // www.Kries.com/werk/produceren/polarimeter [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/akte.in)] [TOC]

Basis

De fysieke basis van deze techniek ligt in de eigenschappen van het licht als een elektromagnetische golf, bestaande uit een elektrisch veld en een andere magnetische bewegen.

Elektromagnetische golven zijn transversaal, wat betekent dat deze velden op hun beurt zich verspreiden in de richting loodrecht op hen, volgens figuur 2.

Omdat het veld echter is samengesteld uit talloze golftreinen die uit elk atoom komen, en elk in verschillende richtingen oscilleert, is natuurlijk licht of degene die afkomstig is van een gloeilamp niet gepolariseerd.

Aan de andere kant, wanneer de oscillaties van het veld in een voorkeursrichting plaatsvinden, wordt gezegd dat het licht gepolariseerd is. Dit kan worden bereikt door de lichtstraal door bepaalde stoffen te verlaten die in staat zijn om ongewenste componenten te blokkeren en er slechts één transparant toe te laten in speciaal.

Figuur 2. Animatie van een elektromagnetisch veld dat zich langs de X -as verspreidt. Bron: Wikimedia Commons. En 1MU [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)].

Als ook de lichtgolf uit een enkele golflengte bestaat, heb je een balk Gepolariseerd monochromatisch lineair.

De materialen die als filters fungeren om dit te bereiken, worden polarisatoren of analysatoren genoemd. En er zijn stoffen die reageren op gepolariseerd licht, waardoor het polarisatievlak roteert. Ze staan ​​bekend als optisch actieve stoffen, bijvoorbeeld suikers.

Soorten polarimeter

Over het algemeen kunnen polarimeters zijn: handmatig, automatisch en semi -automatisch en digitaal.

Handleidingen

Handmatige polarimeters worden gebruikt in leslaboratoria en kleine laboratoria, terwijl automatisch de voorkeur heeft wanneer veel maatregelen nodig zijn om te nemen, omdat ze de tijd die wordt besteed aan het meten minimaliseren.

Automatisch en digitaal

Automatische en digitale modellen worden geleverd met foto -elektrische detector, een sensor die een reactie op de verandering van licht uitzendt en de nauwkeurigheid van de maatregelen sterk verhoogt. Er zijn ook mensen die lezen op een digitaal scherm aanbieden, die heel gemakkelijk te bedienen zijn.

Kan u van dienst zijn: carbonoïden: elementen, kenmerken en toepassingen

Om de algemene werking van een polarimeter te illustreren, wordt een van het handmatige optische type beschreven.

Bediening en onderdelen

Een basispolarimeter maakt twee prisma's van Nicol- of polaroid -platen, in het midden waarvan de optisch actieve stof die moet worden geanalyseerd, is gevonden.

William Nicol (1768-1851) was een Schotse fysicus die een groot deel van zijn carrière aan instrumentatie wijdde. Met behulp van een calciet of spatis kristal van IJsland, mineraal in staat om een ​​invallende bliksem te ontvouwen, creëerde Nicol in 1828 een prisma waarmee gepolariseerd licht kon worden verkregen. Het werd veel gebruikt bij de constructie van polarimeters.

Figuur 4. Birrefringent Calcita -kristal. Bron: Wikimedia Commons. APN MJM [CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)].

De belangrijkste delen van een polarimeter zijn:

- De lichtbron. Over het algemeen een natrium-, wolfraam- of kwikstoomlamp, waarvan de golflengte bekend is.

- Polarisatoren. Oude modellen gebruikten nicol -prisma's daarentegen, de meest moderne gebruikte meestal polaroidbladen, gemaakt van koolwaterstofmoleculen met lange ketens met jodiumatomen.

- Een website. Waar de te analyseren stof wordt geplaatst, waarvan de lengte variabel is, maar precies bekend is.

- Een oculaire en indicatoren voorzien van schalen met nonios. Zodat de waarnemer precies het rotatievermogen van het monster meet. Automatische modellen hebben foto -elektrische sensoren.

- Bovendien golflengte en golflengte -indicatoren. Omdat de rotatiekracht van veel stoffen afhangt van deze parameters.

Figuur 5. Schema van een handmatige polarimeter. Bron: Chang, r. Scheikunde.

Laurent Polarimeter

In de beschreven procedure is er een klein ongemak wanneer de waarnemer het minimale licht aanpast, omdat het menselijk oog niet in staat is om zeer kleine variaties van helderheid te detecteren.

Om dit probleem te verhelpen, voegt Laurent Polarimeter een halflange semi-laminter van een half lengte toe, gemaakt van birrefringent materiaal.

Op deze manier heeft de waarnemer in de zoeker van twee of drie aangrenzende gebieden van verschillende helderheid, genaamd velden. Dit is gemakkelijker voor het oog om niveaus van helderheid te onderscheiden.

U hebt de meest nauwkeurige maat wanneer de analysator zodanig wordt gedraaid dat alle velden even flauw zijn.

Figuur 6. Handmatige polarimeter lezen. Bron: f. Zapata.

Biotwet

De wet van Biot heeft betrekking op roterende kracht α van een optisch actieve stof, gemeten in seksuele graden, met de concentratie C van deze stof - wanneer het een oplossing is - en de geometrie van het optische systeem.

Het kan u van dienst zijn: hypofysezuur (H3PO2): eigenschappen, gebruik en reagentia

Dat is de reden waarom de beschrijving van de polarimeter werd benadrukt, waarin de waarden van de golflengte van het licht en die van de Portamuestra bekend moesten zijn.

De evenredigheidsconstante wordt aangegeven [α] en wordt genoemd Specifieke roterende kracht van de oplossing. Het hangt af van de golflengte λ van het invallende licht en de temperatuur T van het monster. [Α] waarden worden meestal getabeld bij 20 ºC voor natriumlicht, met name, waarvan de golflengte 589,3 nm is.

Volgens het type te analyseren verbinding, neemt de BIOT -wet verschillende manieren aan:

- Optisch actieve vaste stoffen: α = [α].ℓ

- Pure vloeistoffen: α = [α]. ℓ.ρ

- Oplossingen met opgeloste stoffen die optische activiteit hebben: α = [α]. ℓ.C

- Monsters met verschillende optisch actieve componenten: ∑α_Je

Met de volgende extra magnitudes en hun eenheden:

- Lengte van het monster: ℓ (in mm voor vaste stoffen en DM voor vloeistoffen)

- Vloeibare dichtheid: ρ (in g/ml)

- Concentratie: C (in g/ml of molariteit)

Voor-en nadelen

Polarimeters zijn zeer nuttige laboratoriuminstrumenten in verschillende gebieden en elk type polarimeter heeft voordelen volgens het gebruik dat zal worden gegeven.

Een groot voordeel van de techniek zelf is dat het een niet -destructieve, passende test is bij het analyseren van gezichten, waardevol of dat om een ​​of andere reden niet kan verdubbelen. Polarimetrie is echter niet van toepassing op enige stof, alleen op degenen die optische activiteit of substantie hebben Quirals, zoals ze ook bekend zijn.

Ook dat nodig is om te overwegen dat de aanwezigheid van onzuiverheden fouten in de resultaten introduceert.

De rotatiehoek geproduceerd door de geanalyseerde stof is in lijn met de kenmerken ervan: het type molecuul, de concentratie van de oplossing en zelfs het gebruikte oplosmiddel. Om al deze gegevens te verkrijgen, moet u precies de golflengte van het gebruikte licht weten, de temperatuur en lengte van de houder-monstercontainer.

De nauwkeurigheid waarmee het gewenst is om te analyseren dat het monster beslissend is bij het kiezen van een geschikte apparatuur. En ook de kosten.

Voor- en nadelen van handmatige polarimeter

- Ze zijn meestal goedkoper, hoewel er ook lage digitale versies zijn. Hiervoor is er veel aanbieding.

- Ze zijn geschikt om te worden gebruikt in het onderwijzen van laboratoria en als training, omdat ze de operator helpen zich vertrouwd te maken met de theoretische en praktische aspecten van de techniek.

Het kan u van dienst zijn: periódiczuur (HIO4): wat is, structuur, eigenschappen, gebruik

- Ze zijn bijna altijd onderhoudsarm.

- Ze zijn resistent en duurzaam.

- Het lezen van de maatregel is een beetje moeizame, vooral als de te analyseren stof een laag roterend vermogen is, dus de operator is meestal gespecialiseerd persoonlijk.

Voordelen en nadelen van automatische en digitale polarimeters

- Ze zijn gemakkelijk te manipuleren en te lezen, ze vereisen geen gespecialiseerd personeel voor hun werking.

- De digitale polarimeter kan de gegevens exporteren naar de printer of het opslagapparaat.

- Automatische polarimeters vereisen minder meettijd (ongeveer 1 seconde).

- Ze hebben opties om met intervallen te meten.

- De foto -elektrische detector maakt het mogelijk om stoffen te analyseren met een laag roterend vermogen.

- Controleer de temperatuur efficiënt, de parameter die de meeste de meting beïnvloedt.

- Sommige modellen zijn duur.

- Ze vereisen onderhoud.

Toepassingen

Polarimetrie heeft een groot aantal toepassingen, zoals in het begin vermeld. De gebieden zijn divers en de te analyseren verbindingen kunnen ook organisch en anorganisch zijn. Zijn enkele van hen:

- In farmaceutische kwaliteitscontrole, helpt om te bepalen dat de stoffen die worden gebruikt bij de vervaardiging van geneesmiddelen de juiste concentratie en zuiverheid hebben.

- Voor de kwaliteitscontrole van de voedingsindustrie, het analyseren van de zuiverheid van suiker, evenals de inhoud ervan in drankjes en snoep. De op deze manier gebruikt polarimeters worden ook genoemd Zondheid en gebruik een bepaalde schaal, anders dan die gebruikt in andere toepassingen: de ºZ -schaal.

Figuur 7. De kwaliteit van het suikergehalte in wijnen en vruchtensappen wordt uitgevoerd door polarimetrie. Bron: Pixabay.

- Ook in voedseltechnologie wordt het gebruikt om het zetmeelgehalte van een monster te vinden.

- In astrofysica wordt polarimetrie gebruikt om de polarisatie van licht in de sterren te analyseren en de studie van de magnetische velden die aanwezig zijn in astronomische omgevingen en hun rol in de sterrendynamiek.

- Polarimetrie is nuttig bij de detectie van gezichtsvermogen.

- In satelliet -teledetectieapparaten voor de observatie van schepen in de volle zee, vervuilingsgebieden in het midden van de oceaan of op het land, dankzij het nemen van beelden met een hoog contrast.

- De chemische industrie maakt gebruik van polarimetrie om onderscheid te maken tussen Optische isomeren. Deze stoffen hebben identieke chemische eigenschappen, omdat hun moleculen dezelfde samenstelling en structuur hebben, maar de ene is een spiegelbeeld van de andere.

De optische isomeren verschillen in de manier waarop ze het licht polariseren (enantiomeren): een isomeer doet het links (Levógiro) en de andere rechts (dextrogryry), altijd vanuit het oogpunt van de waarnemer.

Referenties

1. AGS analytisch. Waar is een polarimeter voor?. Opgehaald uit: Agsanalitica.com.
2. Chang, R. Scheikunde. 2013. Elfde editie. McGraw Hill.
3. Gavira, J. Polarimetrie. Opgehaald uit: Triplenlace.com.
4. Wetenschappelijke instrumenten. Polarimeters. Hersteld van: uv.is.
5. Polytechnic University of Valencia. Toepassing van polarimetrie op
   Bepaling van de zuiverheid van een suiker. Hersteld van: riunet.UPV.is.