Polarimetria, tipi, applicazioni, vantaggi e svantaggi della fondazione

IL Polarimetria Misura la rotazione che un raggio di luce polarizzata sperimenta quando attraversa una sostanza otticamente attiva che può essere un cristallo (ad esempio tormalina) o una soluzione di zucchero.

È una tecnica semplice, appartenente ai metodi di analisi ottica e con numerose applicazioni, in particolare nell'industria chimica e agroalimentare per determinare la concentrazione di soluzioni zuccherate.

Figura 1. Polarimetro automatico digitale. Fonte: Wikimedia Commons. A.Krüss Optronic GmbH, http: // www.Krues.com/work/prodotti/polarimeter [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/azione.in)] [TOC]

Base

La fondazione fisica di questa tecnica sta nelle proprietà della luce come un'onda elettromagnetica, costituita da un campo elettrico e un'altra mossa magnetica in direzioni reciprocamente perpendicolari.

Le onde elettromagnetiche sono trasversali, il che significa che questi campi a loro volta si diffondono nella direzione perpendicolare ad esse, secondo la Figura 2.

Tuttavia, poiché il campo è composto da numerosi treni d'onda che provengono da ciascun atomo e ognuno è oscillante in direzioni diverse, la luce naturale o quella che proviene da un bulbo a incandescenza non è polarizzato.

D'altra parte, quando le oscillazioni del campo si verificano in una direzione preferenziale, si dice che la luce sia polarizzata. Ciò può essere ottenuto lasciando il raggio luminoso attraverso determinate sostanze in grado di bloccare i componenti indesiderati e consentendo solo a uno di essere trasparente in speciale.

figura 2. Animazione di un campo elettromagnetico che si diffonde lungo l'asse x. Fonte: Wikimedia Commons. And1mu [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)].

Se anche l'onda leggera è costituita da una singola lunghezza d'onda, hai un raggio Monocromatico polarizzato linearmente.

I materiali che fungono da filtri per raggiungere questo obiettivo sono chiamati polarizzatori o analizzatori. E ci sono sostanze che rispondono alla luce polarizzata, ruotando il piano di polarizzazione. Sono conosciuti come sostanze otticamente attive, ad esempio zuccheri.

Tipi di polarimetro

In generale, i polarimetri possono essere: manuale, automatico e semi -automatico e digitale.

Manuali

I polarimetri manuali vengono utilizzati negli insegnanti laboratori e piccoli laboratori, mentre sono preferiti automatici quando sono necessarie molte misure, poiché minimizzano il tempo trascorso nella misurazione.

Automatico e digitale

I modelli automatici e digitali sono dotati di rilevatore fotoelettrico, un sensore che emette una risposta al cambiamento di luce e aumenta altamente l'accuratezza delle misure. Ci sono anche quelli che offrono la lettura su uno schermo digitale, essendo molto facili da utilizzare.

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Per illustrare il funzionamento generale di un polarimetro, viene descritto uno di tipo ottico manuale.

Operazione e parti

Un polarimetro di base fa due prismi da fogli di nicol o polaroid, nel mezzo dei quali si trova la sostanza otticamente attiva che deve essere analizzata.

William Nicol (1768-1851) era un fisico scozzese che ha dedicato una buona parte della sua carriera alla strumentazione. Usando una calcite o un cristallo spatis dell'Islanda, minerale in grado di spiegare un fulmine incidente, Nicol creato nel 1828 un prisma con cui si poteva ottenere la luce polarizzata. Era ampiamente usato nella costruzione di polarimetri.

Figura 4. Birrefringent Calcita Crystal. Fonte: Wikimedia Commons. APN MJM [CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)].

Le parti principali di un polarimetro sono:

- La fonte luminosa. Generalmente una lampada a vapore di sodio, tungsteno o mercurio, la cui lunghezza d'onda è nota.

- Polarizzatori. Gli antichi modelli usavano i prismi di nicol, d'altra parte, i più moderni usano i fogli polaroidi, realizzati con molecole di idrocarburi a catena lunga con atomi di iodio.

- Un sito web. Dove è posizionata la sostanza da analizzare, la cui lunghezza è variabile, ma nota esattamente.

- Un oculare e indicatori forniti con scale con NONIO. In modo che l'osservatore misura precisamente la potenza di rotazione del campione. I modelli automatici hanno sensori fotoelettrici.

- Inoltre, indicatori di lunghezza d'onda e lunghezza d'onda. Poiché la potenza di rotazione di molte sostanze dipende da questi parametri.

Figura 5. Schema di un polarimetro manuale. Fonte: Chang, R. Chimica.

Laurent Polarimeter

Nella procedura descritta c'è un piccolo inconveniente quando l'osservatore regola la luce minima, poiché l'occhio umano non è in grado di rilevare variazioni molto piccole di luminosità.

Per correggere questo problema, Laurent Polarimeter aggiunge un semi-laminter del ritardo a mezza lunghezza, realizzato in materiale birrefringente.

In questo modo, l'osservatore ha nel mirino di due o tre regioni adiacenti di diversa luminosità, chiamate campi. Questo è più facile per l'occhio distinguere i livelli di luminosità.

Hai la misura più accurata quando l'analizzatore viene ruotato in modo tale che tutti i campi siano ugualmente deboli.

Figura 6. Lettura manuale del polarimetro. Fonte: f. Zapata.

Legge del biot

La legge di Biot mette in relazione il potere rotante α di una sostanza otticamente attiva, misurata in gradi di sexagegesimale, con la concentrazione C di questa sostanza - quando è una soluzione - e la geometria del sistema ottico.

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Questo è il motivo per cui è stata enfatizzata la descrizione del polarimetro, in cui i valori della lunghezza d'onda della luce e quello della Portamuestra dovevano essere conosciuti.

La costante di proporzionalità è indicata [α] e viene chiamata Energia rotante specifica della soluzione. Dipende dalla lunghezza d'onda λ della luce incidente e dalla temperatura t del campione. [Α] i valori sono generalmente tabulati a 20 ºC per la luce del sodio, in particolare, la cui lunghezza d'onda è 589,3 nm.

Secondo il tipo di composto da analizzare, la legge biot adotta modi diversi:

- Solidi otticamente attivi: α = [α].ℓ

- Liquidi puri: α = [α]. ℓ.ρ

- Soluzioni con soluti che hanno attività ottica: α = [α]. ℓ.C

- Campioni con diversi componenti otticamente attivi: ∑α_Yo

Con le seguenti magnitudini aggiuntive e le loro unità:

- Lunghezza del campione: ℓ (in mm per solidi e DM per liquidi)

- Densità liquida: ρ (in g/ml)

- Concentrazione: c (in g/ml o molarità)

Vantaggi e svantaggi

I polarimetri sono strumenti di laboratorio molto utili in varie aree e ogni tipo di polarimetro ha vantaggi in base all'uso che verrà dato.

Un grande vantaggio della tecnica stessa è che si tratta di un test non distruttivo e appropriato quando si analizza i volti, preziosi o quello per qualche motivo non possono raddoppiare. Tuttavia, la polarimetria non è applicabile a nessuna sostanza, solo a quelle che hanno attività ottica o sostanza Quirali, Come sono anche conosciuti.

Inoltre, è necessario considerare che la presenza di impurità introduce errori nei risultati.

L'angolo di rotazione prodotto dalla sostanza analizzata è in linea con le sue caratteristiche: il tipo di molecola, la concentrazione della soluzione e persino il solvente utilizzato. Per ottenere tutti questi dati, è necessario sapere esattamente la lunghezza d'onda della luce utilizzata, la temperatura e la lunghezza del contenitore del campione del supporto.

La precisione con cui si desidera analizzare il campione è decisiva quando si sceglie un'attrezzatura appropriata. E anche il suo costo.

Vantaggi e svantaggi del polarimetro manuale

- Di solito sono più economici, sebbene ci siano anche versioni digitali a basso contenuto. Per quanto riguarda questo c'è molta offerta.

- Sono adatti per essere utilizzati nei laboratori di insegnamento e come formazione, perché aiutano l'operatore a familiarizzare con gli aspetti teorici e pratici della tecnica.

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- Sono quasi sempre a bassa manutenzione.

- Sono resistenti e durevoli.

- Leggere la misura è un po 'più laboriosa, soprattutto se la sostanza da analizzare è una bassa potenza rotante, quindi l'operatore è generalmente specializzato personale.

Vantaggi e svantaggi dei polarimetri automatici e digitali

- Sono facili da manipolazione e lettura, non richiedono personale specializzato per il loro funzionamento.

- Il polarimetro digitale può esportare i dati sulla stampante o sul dispositivo di archiviazione.

- I polarimetri automatici richiedono meno tempo di misurazione (circa 1 secondo).

- Hanno opzioni da misurare per intervalli.

- Il rilevatore fotoelettrico consente di analizzare le sostanze a bassa potenza rotante.

- Controlla in modo efficiente la temperatura, il parametro che influenza di più la misurazione.

- Alcuni modelli sono costosi.

- Richiedono manutenzione.

Applicazioni

La polarimetria ha un gran numero di applicazioni, come affermato all'inizio. Le aree sono diverse e i composti da analizzare possono anche essere organici e inorganici. Sono alcuni di loro:

- Nel controllo di qualità farmaceutica, contribuendo a determinare che le sostanze utilizzate nella produzione di medicinali abbiano la concentrazione e la purezza appropriate.

- Per il controllo di qualità dell'industria alimentare, analizzare la purezza dello zucchero, nonché il suo contenuto di bevande e dolci. I polarimetri usati in questo modo sono anche chiamati Sacremento e utilizzare una scala particolare, diversa da quella utilizzata in altre applicazioni: la scala ºZ.

Figura 7. La qualità del contenuto di zucchero nei vini e sui succhi di frutta viene effettuata mediante polarimetria. Fonte: Pixabay.

- Anche nella tecnologia alimentare viene utilizzato per trovare il contenuto di amido di un campione.

- In astrofisica, la polarimetria viene utilizzata per analizzare la polarizzazione della luce nelle stelle e lo studio dei campi magnetici presenti in ambienti astronomici e il loro ruolo nella dinamica delle stelle.

- La polarimetria è utile nel rilevamento delle viste della vista.

- Nei dispositivi di telerilevamento satellitare per l'osservazione delle navi in ​​alto mare, le aree di inquinamento nel mezzo dell'oceano o a terra, grazie alla presa di immagini ad alto contrasto ad alto contrasto.

- L'industria chimica utilizza polarimetria per distinguere tra Isomeri ottici. Queste sostanze hanno proprietà chimiche identiche, poiché le loro molecole hanno la stessa composizione e struttura, ma una è un'immagine speculare dell'altra.

Gli isomeri ottici differiscono nel modo in cui polarizzano la luce (enantiomeri): un isomero lo fa a sinistra (Levógiro) e l'altro a destra (destrogiry), sempre dal punto di vista dell'osservatore.

Riferimenti

1. AGS analitico. A cosa serve un polarimetro?. Estratto da: Agsanalitica.com.
2. Chang, R. Chimica. 2013. Ultima edizione. McGraw Hill.
3. Gavira, J. Polarimetria. Estratto da: Triplenlace.com.
4. Strumenti scientifici. Polarimetri. Recuperato da: UV.È.
5. Università politecnica di Valencia. Applicazione della polarimetria a
   Determinazione della purezza di uno zucchero. Recuperato da: Riunet.UPV.È.