De polarimetri mäter den rotation som en polariserad ljusstråle genomgår när den passerar genom en optiskt aktiv substans som kan vara en kristall (till exempel turmalin) eller en sockerlösning.
Det är en enkel teknik som tillhör de optiska analysmetoderna och med många tillämpningar, särskilt inom kemisk industri och livsmedelsindustrin för att bestämma koncentrationen av sockerlösningar..
Artikelindex
Den fysiska grunden för denna teknik ligger i ljusets egenskaper som en elektromagnetisk våg, bestående av ett elektriskt fält och ett magnetfält som rör sig i ömsesidigt vinkelräta riktningar..
Elektromagnetiska vågor är tvärgående, vilket innebär att dessa fält i sin tur sprids i riktningen vinkelrätt mot dem, enligt figur 2.
Eftersom fältet består av många vågtåg som kommer från varje atom och var och en oscillerar i olika riktningar, är inte naturligt ljus eller det som kommer från en glödlampa polariserat..
Däremot sägs ljuset vara polariserat när svängningarna i fältet sker i en föredragen riktning. Detta kan uppnås genom att låta ljusstrålen passera genom vissa ämnen som kan blockera oönskade komponenter och låta endast en speciell passera..
Om dessutom ljusvågen består av en enda våglängd har vi en stråle linjärt polariserad monokrom.
Material som fungerar som filter för att åstadkomma detta kallas polarisatorer eller analysatorer. Och det finns ämnen som svarar på polariserat ljus och roterar polariseringsplanet. De är kända som optiskt aktiva substanser, till exempel socker.
I allmänhet kan polarimetrar vara: manuella, automatiska och halvautomatiska och digitala.
Manuella polarimetrar används i undervisningslaboratorier och små laboratorier, medan automatiska sådana föredras när ett stort antal mätningar krävs, eftersom de minimerar mängden tid..
De automatiska och digitala modellerna har en fotoelektrisk detektor, en sensor som avger ett svar på ljusförändringen och ökar mätningens precision väsentligt. Det finns också de som erbjuder läsning på en digital skärm, vilket är mycket lätt att använda.
För att illustrera den allmänna funktionen för en polarimeter beskrivs en manuell optisk typ nedan..
En grundläggande polarimeter använder sig av två Nicol-prismer eller Polaroid-ark, i mitten av vilka den optiskt aktiva substansen som ska analyseras ligger..
William Nicol (1768-1851) var en skotsk fysiker som ägnade mycket av sin karriär till instrumentering. Nicol skapade 1828 ett prisma med vilket polariserat ljus kunde erhållas med hjälp av en kristall av kalcit eller Island-spar, ett mineral som kan dela upp en infallande ljusstråle. Det användes ofta i konstruktionen av polarimetrar.
De viktigaste delarna av en polarimeter är:
- Ljuskällan. Vanligtvis en natrium-, volfram- eller kvicksilverånglampa, vars våglängd är känd.
- Polarisatorer. De gamla modellerna använde Nicol-prismer, medan de modernare vanligtvis använder polaroidark, gjorda av långkedjiga kolväte-molekyler med jodatomer..
- En provhållare. Där ämnet som ska analyseras placeras, vars längd är variabel men exakt känd.
- Okular och indikatorer försedda med vågskalor. För att observatören ska kunna mäta provets rotationsförmåga exakt. Automatiska modeller har fotoelektriska sensorer.
- Dessutom temperatur- och våglängdsindikatorer. Eftersom rotationsförmågan hos många ämnen beror på dessa parametrar.
I det beskrivna förfarandet är det ett litet besvär när observatören justerar det minsta ljuset, eftersom det mänskliga ögat inte kan upptäcka mycket små variationer i ljusstyrka..
För att övervinna detta problem lägger Laurent-polarimetern till ett halvvågsfördröjande halvark, tillverkat av dubbelbrytande material..
På detta sätt har observatören två eller tre angränsande regioner med olika ljusstyrka, kallade fält, i betraktaren. Detta gör det lättare för ögat att skilja mellan ljusstyrkan..
Du har den mest exakta mätningen när analysatorn roteras så att alla fält är lika svaga..
Biots lag avser den roterande kraften a av en optiskt aktiv substans, mätt i sexagesimala grader, med koncentrationen c av nämnda ämne - när det är en lösning - och geometri hos det optiska systemet.
Detta var anledningen till att man lägger tonvikten vid beskrivningen av polarimetern, att ljusets våglängdsvärden och provhållaren måste vara kända.
Proportionalitetskonstanten betecknas [α] och kallas specifik roterande effekt av lösningen. Det beror på våglängden λ för det infallande ljuset och temperaturen T för provet. Värdena för [α] tabelleras vanligtvis vid 20 ºC för natriumljus, speciellt vars våglängd är 589,3 nm.
Beroende på vilken typ av förening som ska analyseras, tar Biots lag olika former:
- Optiskt aktiva fasta ämnen: a = [a] .ℓ
- Rena vätskor: a = [a]. ℓ.ρ
- Lösningar med lösta ämnen som har optisk aktivitet: a = [a]. ℓ.c
- Prover med olika optiskt aktiva komponenter: ∑αi
Med följande ytterligare magnituder och deras enheter:
- Provhållarens längd: ℓ (i mm för fasta ämnen och dm för vätskor)
- Densitet av vätskor: ρ (ig / ml)
- Koncentration: c (i g / ml eller molaritet)
Polarimetrar är mycket användbara laboratorieinstrument inom olika områden och varje typ av polarimeter har fördelar beroende på dess användning..
En stor fördel med själva tekniken är att det är ett icke-destruktivt test, lämpligt vid analys av dyra, värdefulla prover eller som av någon anledning inte kan dupliceras. Polarimetri är dock inte tillämplig på något ämne, bara på de som har optisk aktivitet eller substans kiral, som de också är kända.
Det är också nödvändigt att överväga att förekomsten av föroreningar medför fel i resultaten..
Rotationsvinkeln som produceras av det analyserade ämnet är i enlighet med dess egenskaper: typen av molekyl, koncentrationen av lösningen och till och med det lösningsmedel som används. För att erhålla alla dessa data är det nödvändigt att veta exakt våglängden för det använda ljuset, temperaturen och längden på provhållarbehållaren..
Precisionen med vilken du vill analysera provet är avgörande när du väljer lämplig utrustning. Och dess kostnad också.
- De är vanligtvis billigare, även om det också finns billiga digitala versioner. När det gäller detta finns det mycket att erbjuda.
- De är lämpliga för användning i undervisningslaboratorier och som utbildning, eftersom de hjälper operatören att bli bekant med de teoretiska och praktiska aspekterna av tekniken.
- De är nästan alltid underhållsfria.
- De är starka och hållbara.
- Att läsa mätningen är lite mer mödosam, särskilt om ämnet som ska analyseras har låg rotationseffekt, därför är operatören vanligtvis specialiserad personal.
- De är lätta att hantera och läsa, de behöver inte specialiserad personal för sin verksamhet.
- Den digitala polarimetern kan exportera data till skrivare eller lagringsenhet.
- Automatiska polarimetrar kräver mindre mättid (cirka 1 sekund).
- De har alternativ att mäta efter intervaller.
- Den fotoelektriska detektorn gör det möjligt att analysera ämnen med låg rotationseffekt.
- Kontrollera temperaturen effektivt, den parameter som påverkar mätningen mest.
- Vissa modeller är dyra.
- Kräv underhåll.
Polarimetri har ett stort antal applikationer, som nämnts i början. Områdena är olika och föreningarna som ska analyseras kan också vara organiska och oorganiska. Det här är några av dem:
- Vid farmaceutisk kvalitetskontroll hjälper det till att fastställa att de ämnen som används vid tillverkning av läkemedel har rätt koncentration och renhet.
- För kvalitetskontroll av livsmedelsindustrin, analys av renheten av socker, liksom dess innehåll i drycker och godis. Polarimetrar som används på detta sätt kallas också sackarimetrar och de använder en viss skala, som skiljer sig från den som används i andra applikationer: ºZ-skalan.
- Även inom livsmedelsteknik används det för att hitta stärkelseinnehållet i ett prov.
- I astrofysik används polarimetri för att analysera polariseringen av ljus i stjärnor och för att studera de magnetfält som finns i astronomiska miljöer och deras roll i stjärndynamik..
- Polarimetri är användbar för att detektera ögonsjukdomar.
- I fjärranalysapparater för satellit för att observera fartyg till havs, föroreningar i mitten av havet eller på land, tack vare hög kontrastavbildning.
- Den kemiska industrin använder polarimetri för att skilja mellan optiska isomerer. Dessa ämnen har identiska kemiska egenskaper, eftersom deras molekyler har samma sammansättning och struktur, men den ena är en spegelbild av den andra..
Optiska isomerer skiljer sig åt i det sätt de polariserar ljus (enantiomerer): en isomer gör det åt vänster (vänsterhänt) och den andra till höger (högerhänt), alltid från observatörens synvinkel..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.