Foundation Polarimetry, typer, applikasjoner, fordeler og ulemper

De Polarimetri Den måler rotasjonen som en stråle av polarisert lysopplevelser når den krysser et optisk aktivt stoff som kan være en krystall (for eksempel turmalin) eller en sukkerløsning.

Det er en enkel teknikk, som tilhører de optiske analysemetodene og med mange anvendelser, spesielt i kjemisk og agri -matindustrien for å bestemme konsentrasjonen av sukkerholdige løsninger.

Figur 1. Digital automatisk polarimeter. Kilde: Wikimedia Commons. TIL.Krüss Optronic GmbH, http: // www.Krues.com/arbeid/produkter/polarimeter [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0/gjerning.i)] [TOC]

Basis

Det fysiske grunnlaget for denne teknikken ligger i lysegenskapene som en elektromagnetisk bølge, bestående av et elektrisk felt og en annen magnetisk som beveger seg i gjensidig vinkelrett retninger.

Elektromagnetiske bølger er tverrgående, noe som betyr at disse feltene igjen sprer seg i retningen vinkelrett på dem, ifølge figur 2.

Imidlertid, ettersom feltet er sammensatt av mange bølgetog som kommer fra hvert atom, og hver og en svinger i forskjellige retninger, er naturlig lys eller den som kommer fra en glødpære ikke polarisert.

På den annen side, når svingningene av feltet oppstår i en foretrukket retning, sies det at lyset er polarisert. Dette kan oppnås ved å forlate den lysende bjelken gjennom visse stoffer som er i stand til å blokkere uønskede komponenter og la bare en være gjennomsiktig i spesiell.

Figur 2. Animasjon av et elektromagnetisk felt som sprer seg langs x -aksen. Kilde: Wikimedia Commons. And1MU [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)].

Hvis også lysbølgen består av en enkelt bølgelengde, har du en bjelke Polarisert monokromatisk lineært.

Materialene som fungerer som filtre for å oppnå dette kalles polarisatorer eller analysatorer. Og det er stoffer som reagerer på polarisert lys, og roterer polarisasjonsplanet. De er kjent som optisk aktive stoffer, for eksempel sukkerarter.

Typer polarimeter

Generelt kan polarimeter være: manuell, automatisk og semi -automatisk og digital.

Manualer

Manuelle polarimeter brukes i undervisningslaboratorier og små laboratorier, mens automatisk foretrekkes når det kreves mange tiltak, siden de minimerer tidsbruken i måling.

Automatisk og digital

Automatiske og digitale modeller leveres med fotoelektrisk detektor, en sensor som avgir et svar på lysendringen og løfter tiltakets nøyaktighet sterkt. Det er også de som tilbyr lesing på en digital skjerm, og er veldig enkel å betjene.

Kan tjene deg: Karbonoider: Elementer, egenskaper og bruk

For å illustrere den generelle funksjonen til et polarimeter, blir en av manuell optisk type beskrevet.

Operasjon og deler

Et grunnleggende polarimeter lager to prismer fra Nicol- eller Polaroid -ark, i midten av det som det optisk aktive stoffet som skal analyseres er lokalisert.

William Nicol (1768-1851) var en skotsk fysiker som dedikerte en god del av karrieren til instrumentering. Ved å bruke en kalsitt eller spatis krystall på Island, mineral som er i stand til å utfolde en hendelseslynning, opprettet Nicol i 1828 et prisme som polarisert lys kunne oppnås. Det ble mye brukt i konstruksjonen av polarimeter.

Figur 4. Birrefringent Calcita Crystal. Kilde: Wikimedia Commons. APN MJM [CC BY-S (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)].

De viktigste delene av et polarimeter er:

- Lyskilden. Generelt en natrium, wolfram eller kvikksølv damplampe, hvis bølgelengde er kjent.

- Polarisatorer. Antikke modeller brukte nikolprismer, derimot, de mest moderne bruker vanligvis polaroidark, laget av langkjedede hydrokarbonmolekyler med jodatomer.

- En nettside. Der stoffet som skal analyseres er plassert, hvis lengde er variabel, men kjent nøyaktig.

- En okulær og indikatorer utstyrt med skalaer med nonios. Slik at observatøren måler nettopp rotasjonskraften til prøven. Automatiske modeller har fotoelektriske sensorer.

- I tillegg bølgelengde og bølgelengdeindikatorer. Siden rotasjonskraften til mange stoffer avhenger av disse parametrene.

Figur 5. Ordning med en manuell polarimeter. Kilde: Chang, R. Kjemi.

Laurent polarimeter

I den beskrevne prosedyren er det en liten ulempe når observatøren justerer minimumslyset, siden det menneskelige øyet ikke er i stand til å oppdage veldig små variasjoner av lysstyrke.

For å rette opp dette problemet, tilfører Laurent Polarimeter en halvlengde retarder semi-laminter, laget av birrefringent materiale.

På denne måten har observatøren i søkeren til to eller tre tilstøtende regioner med forskjellig lysstyrke, kalt felt. Dette er lettere for øyet å skille nivåer av lysstyrke.

Du har det mest nøyaktige tiltaket når analysatoren roteres på en slik måte at alle felt er like svake.

Figur 6. Manuell polarimeter lesing. Kilde: f. Zapata.

Biot lov

Biot's lov knytter roterende makt α av et optisk aktivt stoff, målt i sexagesimale grader, med konsentrasjonen c av dette stoffet - når det er en løsning - og geometrien til det optiske systemet.

Det kan tjene deg: Hypofysesyre (H3PO2): Egenskaper, bruksområder og reagenser

Det er grunnen til at beskrivelsen av polarimeteret ble vektlagt, der verdiene på lysets bølgelengde og portamuestraen måtte bli kjent.

Proporsjonalitetskonstanten er betegnet [α] og kalles Spesifikk roterende kraft av løsningen. Det avhenger av bølgelengden λ på hendelseslyset og temperaturen for prøven. [Α] Verdiene er vanligvis tabulert ved 20 ºC for natriumlys, spesifikt, hvis bølgelengde er 589,3 nm.

I henhold til typen forbindelse som skal analyseres, vedtar Biot -loven forskjellige måter:

- Optisk aktive faste stoffer: α = [α].ℓ

- Rene væsker: α = [α]. ℓ.ρ

- Løsninger med løsninger som har optisk aktivitet: α = [α]. ℓ.c

- Prøver med flere optisk aktive komponenter: ∑α_Yo

Med følgende ekstra størrelser og enhetene deres:

- Lengden på prøven: ℓ (i mm for faste stoffer og DM for væsker)

- Væsketetthet: ρ (i g/ml)

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

Fordeler og ulemper

Polarimeter er veldig nyttige laboratorieinstrumenter i forskjellige områder, og hver type polarimeter har fordeler i henhold til bruken som vil bli gitt.

En stor fordel med selve teknikken er at det er en ikke -destruktiv, passende test når de analyserer ansikter, verdifull eller at de av en eller annen grunn ikke kan doble. Polarimetri er imidlertid ikke anvendelig for noe stoff, bare for de som har optisk aktivitet eller stoff Kviraler, Som de også er kjent.

Også det som er nødvendig for å vurdere at tilstedeværelsen av urenheter introduserer feil i resultatene.

Rotasjonsvinkelen produsert av det analyserte stoffet er i tråd med dets egenskaper: typen molekyl, konsentrasjonen av løsningen og til og med løsningsmidlet som ble brukt. For å få alle disse dataene, må du vite nøyaktig bølgelengden til lyset som brukes, temperaturen og lengden på holderen-prøvebeholderen.

Nøyaktigheten det er ønsket å analysere prøven er avgjørende når du velger et passende utstyr. Og kostnadene også.

Fordeler og ulemper med manuell polarimeter

- De er vanligvis billigere, selv om det også er digitale versjoner med lavt kostnad. Når det gjelder dette er det mye tilbud.

- De er egnet til å brukes i undervisningslaboratorier og som trening, fordi de hjelper operatøren å gjøre seg til å gjøre seg til å gjøre seg til å gjøre seg til de teoretiske og praktiske aspektene ved teknikken.

Det kan tjene deg: Periódinsyre (HIO4): Hva er, struktur, egenskaper, bruk

- De er nesten alltid lite vedlikehold.

- De er motstandsdyktige og holdbare.

- Å lese tiltaket er litt mer arbeidskrevende, spesielt hvis stoffet som skal analyseres er lav roterende kraft, så operatøren er vanligvis spesialisert personlig.

Fordeler og ulemper med automatiske og digitale polarimeter

- De er enkle å manipulere og lese, de krever ikke spesialisert personell for sin drift.

- Det digitale polarimeteret kan eksportere dataene til skriveren eller lagringsenheten.

- Automatiske polarimeter krever mindre måletid (rundt 1 sekund).

- De har muligheter til å måle med intervaller.

- Den fotoelektriske detektoren gjør det mulig å analysere stoffer med lav roterende effekt.

- Kontroller temperaturen effektivt, parameteren som mest påvirker målingen.

- Noen modeller er dyre.

- De krever vedlikehold.

applikasjoner

Polarimetri har et stort antall applikasjoner, som det fremgår av begynnelsen. Områdene er forskjellige og forbindelsene som skal analyseres kan også være organiske og uorganiske. Er noen av dem:

- I farmasøytisk kvalitetskontroll, med å bestemme at stoffene som brukes i fremstilling av medisiner har passende konsentrasjon og renhet.

- For kvalitetskontrollen av matindustrien, analyserer renheten av sukker, så vel som innholdet i drikke og søtsaker. Polarimeterne som brukes på denne måten kalles også Sakrement og bruk en bestemt skala, forskjellig fra den som ble brukt i andre applikasjoner: ºZ -skalaen.

Figur 7. Kvaliteten på sukkerinnhold i viner og fruktjuicer utføres ved polarimetri. Kilde: Pixabay.

- Også innen matteknologi brukes det til å finne stivelsesinnholdet i en prøve.

- I astrofysikk brukes polarimetri til å analysere polarisering av lys i stjernene og studiet av magnetfeltene som er til stede i astronomiske miljøer og deres rolle i stjernedynamikken.

- Polarimetri er nyttig i påvisning av synspunkter.

- I satellitt fjernmålingsapparater for observasjon av skip i høye hav, forurensningsområder midt i havet eller på land, takket være å ta bilder med høy kontrast.

- Den kjemiske industrien bruker polarimetri for å skille mellom Optiske isomerer. Disse stoffene har identiske kjemiske egenskaper, siden molekylene deres har samme sammensetning og struktur, men den ene er et speilbilde av den andre.

De optiske isomerene er forskjellige i måten de polariserer lyset (enantiomerer): en isomer gjør det til venstre (Levógiro) og den andre til høyre (dextrogyry), alltid fra observatørens synspunkt til observatøren.

Referanser

1. AGS analytisk. Hva er et polarimeter for?. Hentet fra: Agsanalitica.com.
2. Chang, R. Kjemi. 2013. Ellevende utgave. McGraw Hill.
3. Gavira, J. Polarimetri. Hentet fra: Triplenlace.com.
4. Vitenskapelige instrumenter. Polarimeter. Gjenopprettet fra: UV.er.
5. Polytechnic University of Valencia. Anvendelse av polarimetri til
   Bestemmelse av renheten til et sukker. Gjenopprettet fra: Riunet.UPV.er.