De polarimetri måler rotasjonen som en polarisert lysstråle gjennomgår når den passerer gjennom en optisk aktiv substans som kan være en krystall (for eksempel turmalin) eller en sukkeroppløsning.
Det er en enkel teknikk, som tilhører de optiske analysemetodene og med mange bruksområder, spesielt i den kjemiske industrien og næringsmiddelindustrien for å bestemme konsentrasjonen av sukkerholdige løsninger..
Artikkelindeks
Det fysiske grunnlaget for denne teknikken ligger i egenskapene til lys som en elektromagnetisk bølge, bestående av et elektrisk felt og et magnetfelt som beveger seg i gjensidig vinkelrett retning..
Elektromagnetiske bølger er tverrgående, noe som betyr at disse feltene i sin tur forplanter seg i retningen vinkelrett på dem, ifølge figur 2.
Men siden feltet består av mange bølgetog som kommer fra hvert atom, og hver og en svinger i forskjellige retninger, er ikke naturlig lys eller det som kommer fra en glødelampe polarisert..
I kontrast, når svingningene i feltet oppstår i en fortrinnsretning, sies det at lyset er polarisert. Dette kan oppnås ved å la lysstrålen passere gjennom visse stoffer som er i stand til å blokkere uønskede komponenter og la bare en spesielt passere..
Hvis lysbølgen i tillegg består av en enkelt bølgelengde, har vi en stråle lineært polarisert monokrom.
Materialer som fungerer som filtre for å oppnå dette kalles polarisatorer eller analysatorer. Og det er stoffer som reagerer på polarisert lys og roterer polariseringsplanet. De er kjent som optisk aktive stoffer, for eksempel sukker.
Generelt kan polarimeter være: manuell, automatisk og halvautomatisk og digital.
Manuelle polarimetre brukes i undervisningslaboratorier og små laboratorier, mens automatiske foretrekkes når et stort antall målinger er påkrevd, da de minimerer tiden brukt på måling..
De automatiske og digitale modellene kommer med en fotoelektrisk detektor, en sensor som avgir et svar på lysendringen og øker presisjonen til målingene sterkt. Det er også de som tilbyr lesing på en digital skjerm, som er veldig enkle å betjene.
For å illustrere den generelle driften av et polarimeter, er en manuell optisk type beskrevet nedenfor..
Et grunnleggende polarimeter bruker to Nicol-prismer eller Polaroid-ark, i midten som det optisk aktive stoffet som skal analyseres ligger..
William Nicol (1768-1851) var en skotsk fysiker som viet mye av sin karriere til instrumentering. Ved hjelp av en krystall av kalsitt eller Island-spar, et mineral som er i stand til å splitte en innfallende lysstråle, opprettet Nicol i 1828 et prisme som polarisert lys kunne oppnås med. Det ble mye brukt i konstruksjonen av polarimeter.
Hoveddelene av et polarimeter er:
- Lyskilden. Vanligvis en natrium-, wolfram- eller kvikksølvdamplampe, hvis bølgelengde er kjent.
- Polarisatorer. De gamle modellene brukte Nicol-prismer, mens de mer moderne vanligvis bruker polaroidark, laget av langkjedede hydrokarbonmolekyler med jodatomer..
- En prøveholder. Hvor stoffet som skal analyseres er plassert, hvis lengde er variabel, men kjent nøyaktig.
- Et okular og indikatorer utstyrt med verniervekt. For at observatøren nøyaktig måler rotasjonskraften til prøven. Automatiske modeller har fotoelektriske sensorer.
- I tillegg temperatur- og bølgelengdeindikatorer. Siden rotasjonskraften til mange stoffer avhenger av disse parametrene.
I prosedyren som er beskrevet er det en liten ulempe når observatøren justerer minimum lys, siden det menneskelige øye ikke er i stand til å oppdage veldig små variasjoner i lysstyrke..
For å løse dette problemet, legger Laurent-polarimeteret til et halvt bølgelengdehemmende halvark, laget av dobbeltbrytende materiale..
På denne måten har observatøren to eller tre tilstøtende regioner med forskjellig lysstyrke, kalt felt, i betrakteren. Dette gjør det lettere for øyet å skille mellom lysstyrkenivåer..
Du har den mest nøyaktige målingen når analysatoren roteres slik at alle felt er like svake..
Biots lov relaterer den roterende kraften α av et optisk aktivt stoff, målt i seksagesimale grader, med konsentrasjonen c av stoffet - når det er en løsning - og geometrien til det optiske systemet.
Dette er grunnen til at vektleggingen ble lagt i beskrivelsen av polarimeteret, at bølgelengdeverdiene til lyset og prøveholderen måtte være kjent.
Konstanten av proporsjonalitet er betegnet [α] og kalles spesifikk rotasjonseffekt av løsningen. Det avhenger av bølgelengden λ for det innfallende lyset og prøvenes temperatur T. Verdiene til [α] er vanligvis tabellert ved 20 ºC for natriumlys, spesielt hvis bølgelengde er 589,3 nm.
Avhengig av hvilken type forbindelse som skal analyseres, tar Bios lov forskjellige former:
- Optisk aktive faste stoffer: α = [α] .ℓ
- Rene væsker: α = [α]. ℓ.ρ
- Løsninger med oppløste stoffer som har optisk aktivitet: α = [α]. ℓ.c
- Prøver med forskjellige optisk aktive komponenter: ∑αJeg
Med følgende ekstra størrelser og deres enheter:
- Prøveholderlengde: ℓ (i mm for faste stoffer og dm for væsker)
- Tetthet av væsker: ρ (i g / ml)
- Konsentrasjon: c (i g / ml eller molaritet)
Polarimetre er veldig nyttige laboratorieinstrumenter i forskjellige områder, og hver type polarimeter har fordeler i henhold til bruken..
En stor fordel med selve teknikken er at det er en ikke-destruktiv test, passende når man analyserer dyre, verdifulle prøver eller som av en eller annen grunn ikke kan dupliseres. Polarimetri gjelder imidlertid ikke for noen substans, bare for de som har optisk aktivitet eller stoff chiral, som de også er kjent.
Det er også nødvendig å vurdere at tilstedeværelsen av urenheter introduserer feil i resultatene..
Rotasjonsvinkelen produsert av det analyserte stoffet er i samsvar med egenskapene: typen molekyl, konsentrasjonen av løsningen og til og med løsningsmidlet som brukes. For å oppnå alle disse dataene er det nødvendig å vite nøyaktig bølgelengden til lyset som brukes, temperaturen og lengden på prøveholderbeholderen..
Presisjonen du vil analysere prøven med, er avgjørende når du velger passende utstyr. Og det koster også.
- De er vanligvis billigere, selv om det også er billige digitale versjoner. Når det gjelder dette, er det mye tilbud.
- De er egnet for bruk i undervisningslaboratorier og som trening, fordi de hjelper operatøren til å bli kjent med de teoretiske og praktiske aspektene ved teknikken.
- De har nesten alltid lite vedlikehold.
- De er sterke og holdbare.
- Å lese målingen er litt mer arbeidskrevende, spesielt hvis stoffet som skal analyseres, har lav rotasjonskraft, er operatøren vanligvis spesialisert personell.
- De er enkle å håndtere og lese, de krever ikke spesialisert personell for driften.
- Det digitale polarimeteret kan eksportere dataene til skriveren eller lagringsenheten.
- Automatiske polarimetre krever mindre måletid (rundt 1 sekund).
- De har muligheter for å måle etter intervaller.
- Den fotoelektriske detektoren gjør det mulig å analysere stoffer med lav rotasjonseffekt.
- Effektiv kontroll av temperaturen, parameteren som påvirker målingen mest.
- Noen modeller er dyre.
- Krev vedlikehold.
Polarimetri har et stort antall applikasjoner, som nevnt i begynnelsen. Områdene er forskjellige, og forbindelsene som skal analyseres kan også være organiske og uorganiske. Dette er noen av dem:
- I farmasøytisk kvalitetskontroll, hjelper det med å bestemme at stoffene som brukes til fremstilling av medisiner har riktig konsentrasjon og renhet.
- For kvalitetskontroll av næringsmiddelindustrien, analysere renheten av sukker, så vel som innholdet i drikkevarer og søtsaker. Polarimeter som brukes på denne måten kalles også sakkarimetre og de bruker en bestemt skala, forskjellig fra den som brukes i andre applikasjoner: ºZ-skalaen.
- Også innen matteknologi brukes den til å finne stivelsesinnholdet i en prøve.
- I astrofysikk brukes polarimetri til å analysere polarisering av lys i stjerner og for å studere magnetfeltene som er tilstede i astronomiske miljøer og deres rolle i stjernedynamikk..
- Polarimetri er nyttig for å oppdage sykdommer i øyet.
- I satellittapparater for fjernmåling for å observere skip til havs, forurensningsområder midt i havet eller på land, takket være høy kontrastbilder.
- Den kjemiske industrien bruker polarimetri for å skille mellom optiske isomerer. Disse stoffene har identiske kjemiske egenskaper, siden molekylene har samme sammensetning og struktur, men det ene er et speilbilde av det andre..
Optiske isomerer skiller seg ut i måten de polariserer lys (enantiomerer): den ene isomeren gjør det til venstre (venstrehendt) og den andre til høyre (høyrehåndet), alltid fra observatørens synspunkt..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.