Det polarimetri måler den rotation, som en polariseret lysstråle gennemgår, når den passerer gennem et optisk aktivt stof, der kan være en krystal (for eksempel turmalin) eller en sukkeropløsning.
Det er en simpel teknik, der hører til de optiske analysemetoder og med adskillige anvendelser, især i den kemiske industri og fødevareindustrien til at bestemme koncentrationen af sukkerholdige opløsninger..
Artikelindeks
Det fysiske fundament for denne teknik ligger i lysets egenskaber som en elektromagnetisk bølge, der består af et elektrisk felt og et magnetfelt, der bevæger sig i gensidigt vinkelrette retninger..
Elektromagnetiske bølger er tværgående, hvilket betyder, at disse felter igen spredes i retningen vinkelret på dem ifølge figur 2.
Men da feltet består af adskillige bølgetog, der kommer fra hvert atom, og hver enkelt svinger i forskellige retninger, er naturligt lys eller det, der kommer fra en glødepære, ikke polariseret..
I modsætning hertil siges lyset at være polariseret, når svingningerne i marken sker i en præferentiel retning. Dette kan opnås ved at lade lysstrålen passere gennem bestemte stoffer, der er i stand til at blokere uønskede komponenter, og kun tillade kun en at passere igennem..
Hvis lysbølgen desuden består af en enkelt bølgelængde, har vi en stråle lineært polariseret monokrom.
Materialer, der fungerer som filtre for at opnå dette kaldes polarisatorer eller analysatorer. Og der er stoffer, der reagerer på polariseret lys og roterer polariseringsplanet. De er kendt som optisk aktive stoffer, for eksempel sukker.
Generelt kan polarimeter være: manuel, automatisk og halvautomatisk og digital.
Manuelle polarimetre bruges i undervisningslaboratorier og små laboratorier, mens automatiske foretrækkes, når der kræves et stort antal målinger, da de minimerer den tid, der bruges på måling..
De automatiske og digitale modeller leveres med en fotoelektrisk detektor, en sensor, der udsender et svar på lysskiftet og øger målingernes præcision kraftigt. Der er også dem, der tilbyder læsning på en digital skærm, der er meget nemme at betjene.
For at illustrere den generelle funktion af et polarimeter beskrives en manuel optisk type nedenfor..
Et grundlæggende polarimeter bruger to Nicol-prismer eller Polaroid-ark, i midten af hvilket det optisk aktive stof, der skal analyseres, er placeret..
William Nicol (1768-1851) var en skotsk fysiker, der tilbragte meget af sin karriere til instrumentering. Ved hjælp af en krystal af calcit eller Island spar, et mineral, der er i stand til at opdele en indfaldende lysstråle, skabte Nicol i 1828 et prisme, hvormed man kunne opnå polariseret lys. Det blev meget brugt i konstruktionen af polarimetre.
De vigtigste dele af et polarimeter er:
- Lyskilden. Generelt en natrium-, wolfram- eller kviksølvdamplampe, hvis bølgelængde er kendt.
- Polarisatorer. De gamle modeller brugte Nicol-prismer, hvorimod de mere moderne normalt bruger polaroidplader lavet af langkædede carbonhydridmolekyler med jodatomer..
- En prøveholder. Hvor stoffet, der skal analyseres, er placeret, hvis længde er variabel, men kendt nøjagtigt.
- Et okular og indikatorer udstyret med vernier skalaer. For at observatøren nøjagtigt måler prøveens rotationseffekt. Automatiske modeller har fotoelektriske sensorer.
- Derudover temperatur- og bølgelængdeindikatorer. Da rotationen af mange stoffer afhænger af disse parametre.
I den beskrevne procedure er der en lille besvær, når observatøren justerer det mindste lys, da det menneskelige øje ikke er i stand til at detektere meget små variationer i lysstyrke..
For at overvinde dette problem tilføjer Laurent polarimeter et halvt bølgelængdehæmmende halvark lavet af dobbeltbrydende materiale..
På denne måde har observatøren to eller tre tilstødende regioner med forskellig lysstyrke, kaldet felter, i seeren. Dette gør det lettere for øjet at skelne mellem lysstyrkeniveauer..
Du har den mest nøjagtige måling, når analysatoren drejes, så alle felter er lige svage..
Biots lov vedrører den roterende kraft a af et optisk aktivt stof målt i kønssimale grader med koncentrationen c af nævnte stof - når det er en opløsning - og geometrien af det optiske system.
Dette er grunden til, at der blev lagt vægt på beskrivelsen af polarimeteret, at lysets bølgelængdeværdier og prøveholderens værdier skulle være kendt.
Proportionalitetskonstanten betegnes [α] og kaldes specifik drejekraft af løsningen. Det afhænger af bølgelængden λ af det indfaldende lys og temperaturen T for prøven. Værdierne for [α] er normalt tabuleret ved 20 ºC for natriumlys, specifikt hvis bølgelængde er 589,3 nm.
Afhængig af typen af forbindelse, der skal analyseres, tager Biots lov forskellige former:
- Optisk aktive faste stoffer: α = [α] .ℓ
- Rene væsker: a = [a]. ℓ.ρ
- Opløsninger med opløste stoffer, der har optisk aktivitet: a = [a]. ℓ.c
- Prøver med forskellige optisk aktive komponenter: ∑αjeg
Med følgende ekstra størrelser og deres enheder:
- Prøveholderlængde: ℓ (i mm for faste stoffer og dm for væsker)
- Densitet af væsker: ρ (ig / ml)
- Koncentration: c (ig / ml eller molaritet)
Polarimetre er meget nyttige laboratorieinstrumenter i forskellige områder, og hver type polarimeter har fordele i henhold til dets anvendelse..
En stor fordel ved selve teknikken er, at det er en ikke-destruktiv test, der er passende til analyse af dyre, værdifulde prøver, eller som af en eller anden grund ikke kan duplikeres. Polarimetri gælder dog ikke for noget stof, kun for dem, der har optisk aktivitet eller stof chiral, som de også er kendt.
Det er også nødvendigt at overveje, at tilstedeværelsen af urenheder indfører fejl i resultaterne..
Rotationsvinklen, der produceres af det analyserede stof, er i overensstemmelse med dets egenskaber: typen af molekyle, koncentrationen af opløsningen og endda det anvendte opløsningsmiddel. For at opnå alle disse data er det nødvendigt at kende nøjagtigt bølgelængden af det anvendte lys, temperaturen og længden af prøveholderbeholderen..
Den præcision, som du vil analysere prøven med, er afgørende, når du vælger et passende udstyr. Og det koster også.
- De er normalt billigere, selvom der også er billige digitale versioner. Med hensyn til dette er der en masse tilbud.
- De er velegnede til brug i undervisningslaboratorier og som træning, fordi de hjælper operatøren med at blive fortrolig med de teoretiske og praktiske aspekter af teknikken.
- De er næsten altid vedligeholdelsesfattige.
- De er stærke og holdbare.
- Læsning af målingen er lidt mere besværlig, især hvis stoffet, der skal analyseres, har lav rotationseffekt, er operatøren normalt specialiseret personale.
- De er nemme at håndtere og læse, de kræver ikke specialiseret personale til deres drift.
- Det digitale polarimeter kan eksportere data til printer eller lagerenhed.
- Automatiske polarimetre kræver mindre måletid (ca. 1 sekund).
- De har muligheder for at måle efter intervaller.
- Den fotoelektriske detektor gør det muligt at analysere stoffer med lav rotationseffekt.
- Effektiv kontrol af temperaturen, den parameter, der mest påvirker målingen.
- Nogle modeller er dyre.
- Kræv vedligeholdelse.
Polarimetri har et stort antal applikationer, som nævnt i starten. Områderne er forskellige, og de forbindelser, der skal analyseres, kan også være organiske og uorganiske. Disse er nogle af dem:
- I lægemiddelkvalitetskontrol hjælper det med at bestemme, at de stoffer, der anvendes til fremstilling af medicin, har den rette koncentration og renhed.
- Til kvalitetskontrol i fødevareindustrien, analyse af renheden af sukker samt dets indhold i drikkevarer og slik. Polarimetre anvendt på denne måde kaldes også sakkarimetre og de bruger en bestemt skala, der er forskellig fra den, der bruges i andre applikationer: ºZ-skalaen.
- Også inden for fødevareteknologi bruges det til at finde stivelsesindholdet i en prøve.
- I astrofysik bruges polarimetri til at analysere polarisering af lys i stjerner og til at studere de magnetiske felter, der findes i astronomiske miljøer, og deres rolle i stjernedynamik..
- Polarimetri er nyttig til påvisning af sygdomme i øjet.
- I apparater til fjernovervågning af satellitter til observation af skibe til søs, forureningsområder midt i havet eller på land takket være høj kontrastbilleddannelse.
- Den kemiske industri bruger polarimetri til at skelne mellem optiske isomerer. Disse stoffer har identiske kemiske egenskaber, da deres molekyler har samme sammensætning og struktur, men det ene er et spejlbillede af det andet..
Optiske isomerer adskiller sig i den måde, de polariserer lys på (enantiomerer): den ene isomer gør det til venstre (venstrehåndet) og den anden mod højre (højrehåndet), altid fra observatørens synspunkt..
Endnu ingen kommentarer