Foundation polarimetri, typer, applikationer, fördelar och nackdelar

De Polarimetri Den mäter rotationen som en stråle av polariserade ljus upplever när den korsar ett optiskt aktivt ämne 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 den kemiska och agri -matindustrin för att bestämma koncentrationen av sockerhaltiga lösningar.

Figur 1. Digital automatisk polarimeter. Källa: Wikimedia Commons. TILL.Krüss Optronic GmbH, http: // www.Krues.com/arbete/produkter/polarimeter [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/gärning.i)] [TOC]

Grund

Den fysiska grunden för denna teknik ligger i ljusets egenskaper som en elektromagnetisk våg, bestående av ett elektriskt fält och en annan magnetisk rörelse 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.

Men eftersom fältet består av många vågtåg som kommer från varje atom, och var och en oscillerar i olika riktningar, är naturligt ljus eller det som kommer från en glödlampa inte polariserad.

Å andra sidan, när fältets svängningar förekommer i en förmånlig riktning, sägs det att ljuset är polariserat. Detta kan uppnås genom att lämna den lysande strålen genom vissa ämnen som kan blockera oönskade komponenter och bara låta en vara transparent i Special.

figur 2. Animering av ett elektromagnetiskt fält som sprider sig längs X -axeln. Källa: Wikimedia Commons. Och1mu [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)].

Om ljusvågen också består av en enda våglängd, har du en stråle Polariserad monokromatisk linjärt.

Materialet som fungerar som filter för att uppnå detta kallas polarisatorer eller analysatorer. Och det finns ämnen som svarar på polariserat ljus och roterar polarisationsplanet. De är kända som optiskt aktiva ämnen, till exempel sockerarter.

Typer av polarimeter

I allmänhet kan polarimetrar vara: manuell, automatisk och halvutomatisk och digital.

handböcker

Manuella polarimetrar används för att undervisa laboratorier och små laboratorier, medan automatiska föredras när många åtgärder krävs för att vidta, eftersom de minimerar tiden som används i mätningen.

Automatisk och digital

Automatiska och digitala modeller kommer med fotoelektrisk detektor, en sensor som avger ett svar på ljusändringen och höjer måttens noggrannhet. Det finns också de som erbjuder läsning på en digital skärm, som är mycket enkla att använda.

Kan tjäna dig: karbonoider: element, egenskaper och användningar

För att illustrera den allmänna funktionen hos en polarimeter beskrivs en av manuell optisk typ.

Drift och delar

En grundläggande polarimeter gör två prismor från Nicol eller Polaroid -ark, i mitten av vilka det optiskt aktiva ämnet som ska analyseras ligger.

William Nicol (1768-1851) var en skotsk fysiker som ägnade en bra del av sin karriär till instrumentering. Med hjälp av en Calcite- eller Spatis -kristall på Island, mineral som kan utvecklas en incident -blixt, skapade Nicol 1828 ett prisma som polariserat ljus kunde erhållas. Det användes allmänt vid konstruktionen av polarimetrar.

Figur 4. Birrebringent calcita crystal. Källa: Wikimedia Commons. APN MJM [CC BY-S (https: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)].

De viktigaste delarna av en polarimeter är:

- Ljuskällan. Generellt sett en natrium, volfram eller kvicksilver ånglampa, vars våglängd är känd.

- Polarisatorer. Forntida modeller använde Nicol -prismor, å andra sidan använder de mest moderna vanligtvis polaroidark, gjorda av långkedjiga kolvätemolekyler med jodatomer.

- En hemsida. Där ämnet som ska analyseras placeras, vars längd är varierande, men känd exakt.

- En okulär och indikatorer med skalor med nonios. Så att observatören mäter exakt provets rotationskraft. Automatiska modeller har fotoelektriska sensorer.

- Dessutom våglängds- och våglängdsindikatorer. Eftersom rotationskraften för många ämnen beror på dessa parametrar.

Figur 5. En manuell polarimeter. Källa: Chang, R. Kemi.

Laurentpolarimeter

I det beskrivna förfarandet finns det en liten besvär när observatören justerar minsta ljus, eftersom det mänskliga ögat inte kan upptäcka mycket små variationer av ljusstyrka.

För att korrigera detta problem lägger Laurent Polarimeter till en halvlängd retarder semi-laminter, tillverkad av birrearkent material.

På detta sätt har observatören i sökaren i två eller tre angränsande regioner med olika ljusstyrka, kallade fält. Detta är lättare för ögat att skilja nivåer av ljusstyrka.

Du har det mest exakta måttet när analysatorn roteras på ett sådant sätt att alla fält är lika svaga.

Figur 6. Manuell polarimeter avläsning. Källa: f. Zapata.

Biot lag

Biots lag relaterar roterande kraft a av ett optiskt aktivt ämne, mätt i sexagesimala grader, med koncentrationen c av detta ämne - när det är en lösning - och geometrien för det optiska systemet.

Det kan tjäna dig: hypofysyra (H3PO2): egenskaper, användningar och reagens

Det var därför beskrivningen av polarimetern betonades, där värdena på ljusets våglängd och den för Portamuestra måste bli känd.

Proportionalitetskonstanten betecknas [α] och kallas Specifik rotationskraft av lösningen. Det beror på våglängden λ för det infallande ljuset och provets temperatur t. [Α] -värdena tabelleras vanligtvis vid 20 ºC för natriumljus, vars våglängd är 589,3 nm.

Enligt den typ av förening som ska analyseras antar Biot -lagen olika sätt:

- Optiskt aktiva fasta ämnen: α = [α].ℓ

- Rena vätskor: α = [α]. ℓ.ρ

- Lösningar med lösta ämnen som har optisk aktivitet: α = [α]. ℓ.c

- Prover med flera optiskt aktiva komponenter: ∑α_Yo

Med följande ytterligare storlekar och deras enheter:

- Provets längd: ℓ (i mm för fasta ämnen och DM för vätskor)

- Vätsketäthet: ρ (i g/ml)

- Koncentration: C (i g/ml eller molaritet)

Fördelar och nackdelar

Polarimetrar är mycket användbara laboratorieinstrument i olika områden och varje typ av polarimeter har fördelar enligt användningen som kommer att ges.

En stor fördel med själva tekniken är att det är ett icke -destruktivt, lämpligt test när man analyserar ansikten, värdefullt eller att de av någon anledning inte kan fördubbla. Polarimetri är emellertid inte tillämplig på något ämne, bara på de som har optisk aktivitet eller substans Quiraler, Som de också är kända.

Också det nödvändigt för att överväga att förekomsten av föroreningar introducerar fel i resultaten.

Rotationsvinkeln som produceras av det analyserade substansen är i linje med dess egenskaper: typen av molekyl, koncentrationen av lösningen och till och med lösningsmedlet som används. För att få all denna information måste du veta exakt våglängden för det använda ljuset, temperaturen och längden på hållarprovbehållaren.

Noggrannheten med vilken den önskas att analysera provet är avgörande när du väljer en lämplig utrustning. Och dess kostnad också.

Fördelar och nackdelar med manuell polarimeter

- De är vanligtvis billigare, även om det också finns lågkostnads ​​digitala versioner. När det gäller detta finns det mycket erbjudande.

- De är lämpliga att användas i undervisningslaboratorier och som utbildning, eftersom de hjälper operatören att bekanta sig med de teoretiska och praktiska aspekterna av tekniken.

Det kan tjäna dig: Periódic Acid (HIO4): Vad är, struktur, egenskaper, användningar

- De är nästan alltid lågt underhåll.

- De är motståndskraftiga och hållbara.

- Att läsa åtgärden är lite mer mödosamt, särskilt om ämnet som ska analyseras är låg rotationskraft, så operatören är vanligtvis specialiserad personlig.

Fördelar och nackdelar med automatiska och digitala polarimetrar

- De är enkla att manipulera och läsa, de kräver inte specialiserad personal för sin verksamhet.

- Den digitala polarimetern kan exportera data till skrivaren eller lagringsenheten.

- Automatiska polarimetrar kräver mindre mätningstid (cirka 1 sekund).

- De har alternativ att mäta med intervaller.

- Den fotoelektriska detektorn gör det möjligt att analysera ämnen med låg rotationskraft.

- Kontrollera effektivt temperaturen, parametern som mest påverkar mätningen.

- Vissa modeller är dyra.

- De kräver underhåll.

Ansökningar

Polarimetri har ett stort antal applikationer, som anges i början. Områdena är olika och de föreningar som ska analyseras kan också vara organiska och oorganiska. Är några av dem:

- I farmaceutisk kvalitetskontroll, vilket hjälper till att bestämma att de ämnen som används vid tillverkning av läkemedel har lämplig koncentration och renhet.

- För kvalitetskontroll av livsmedelsindustrin, analysera sockerens renhet, såväl som dess innehåll i drycker och godis. Polarimetrarna som används på detta sätt kallas också Offer och använd en viss skala, annorlunda än den som används i andra applikationer: skala ºz.

Figur 7. Kvaliteten på sockerinnehåll i viner och fruktjuicer utförs av polarimetri. Källa: Pixabay.

- Även inom matteknik används det för att hitta stärkelsesinnehållet i ett prov.

- I astrofysik används polarimetri för att analysera polarisering av ljus i stjärnorna och studien av magnetfält som finns i astronomiska miljöer och deras roll i stjärndynamiken.

- Polarimetri är användbart vid upptäckt av synpunkter.

- I satellit fjärravkänningsanordningar för observation av fartyg i höga hav, föroreningar i mitten av havet eller på land, tack vare att ha tagit bilder med hög kontrast.

- 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 en är en spegelbild av den andra.

De optiska isomererna skiljer sig åt i det sätt på vilket de polariserar ljuset (enantiomerer): En isomer gör det till vänster (Levógiro) och den andra till höger (dextrogyr), alltid ur observatörens synvinkel.

Referenser

1. AGS Analytical. Vad är en polarimeter för?. Hämtad från: agsanalitica.com.
2. Chang, R. Kemi. 2013. Elfte upplagan. McGraw Hill.
3. Gavira, J. Polarimetri. Hämtad från: triplenlace.com.
4. Vetenskapliga instrument. Polarimeter. Återhämtat sig från: UV.är.
5. polytekniska universitet i Valencia. Applicering av polarimetri på
   Bestämning av renheten hos ett socker. Återhämtad från: Riunet.UPV.är.