Fundacja polarymetria, typy, aplikacje, zalety i wady

Polarymetria Mierzy obrót, którego doświadcza wiązka spolaryzowanego światła, gdy przecina optycznie aktywną substancję, która może być kryształem (na przykład turmalinem) lub roztwór cukrowym.

Jest to prosta technika, należąca do metod analizy optycznej i licznych zastosowań, szczególnie w branży chemicznej i agri -food w celu określenia stężenia słodyczy.

Rysunek 1. Cyfrowy automatyczny polarymetr. Źródło: Wikimedia Commons. DO.Krüss Optronic GmbH, http: // www.Krues.com/work/produkcja/polarymetr [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/czyn.in)] [TOC]

Podstawa

Fizyczne podstawy tej techniki leży we właściwościach światła jako fala elektromagnetyczna, składająca się z pola elektrycznego i kolejnego magnetycznego poruszania się w kierunku prostopadłym.

Fale elektromagnetyczne są poprzeczne, co oznacza, że ​​pola te z kolei rozprzestrzeniły się w kierunku prostopadłym do nich, zgodnie z ryc. 2.

Jednak ponieważ pole składa się z licznych pociągów falowych pochodzących z każdego atomu, a każdy z nich oscyluje w różnych kierunkach, naturalne światło lub ta, która pochodzi z żarówki, nie jest spolaryzowana.

Z drugiej strony, gdy oscylacje pola występują w preferencyjnym kierunku, mówi się, że światło jest spolaryzowane. Można to osiągnąć, pozostawiając świetlistą wiązkę przez niektóre substancje zdolne do blokowania niepożądanych komponentów i umożliwiając tylko przezroczystość tylko w specjalnym.

Rysunek 2. Animacja pola elektromagnetycznego rozprzestrzeniania się wzdłuż osi x. Źródło: Wikimedia Commons. I 1MU [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)].

Jeśli również fala światła składa się z jednej długości fali, masz wiązkę Spolaryzowane monochromatyczne liniowo.

Materiały, które działają jako filtry w celu tego, nazywane są polaryzatorami lub analizatorami. I istnieją substancje reagujące na światło spolaryzowane, obracając płaszczyznę polaryzacji. Są znane jako substancje optycznie aktywne, na przykład cukry.

Rodzaje polarymetru

Ogólnie rzecz biorąc, polarymetry mogą być: ręczne, automatyczne i pół -autoutomatyczne i cyfrowe.

Instrukcje

Ręczne polarymetry są używane w nauczaniu laboratoriów i małych laboratoriach, podczas gdy preferowane są automatyczne, gdy wymagane jest wiele środków, ponieważ minimalizują czas spędzony na pomiarze.

Automatyczne i cyfrowe

Modele automatyczne i cyfrowe są wyposażone w detektor fotoelektryczny, czujnik, który emituje odpowiedź na zmianę światła i wysoko podnosi dokładność miar. Są też ci, którzy oferują czytanie na ekranie cyfrowym, ponieważ są bardzo łatwe w obsłudze.

Może ci służyć: karbondy: elementy, cechy i zastosowania

Aby zilustrować ogólne funkcjonowanie polarymetru, wówczas opisano jeden z ręcznych typów optycznych.

Operacja i części

Podstawowy polarymetr wykonuje dwa pryzmaty z arkuszy NICOL lub Polaroid, w środku których znajduje się optycznie aktywna substancja.

William Nicol (1768–1851) był szkockim fizykiem, który poświęcił dobrą część swojej kariery na instrumentację. Korzystając z kalcytu lub kryształu islandii, minerał zdolny do rozwinięcia padającej błyskawicy, Nicol stworzył w 1828 r. Był szeroko stosowany w budowie polarymetrów.

Rysunek 4. Birrefringent Callita Crystal. Źródło: Wikimedia Commons. APN MJM [CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)].

Główne części polarymetru to:

- Źródło światła. Ogólnie lampa parowa sodu, wolframu lub rtęci, której długość fali jest znana.

- Polaryzatorzy. Z drugiej strony starożytne modele wykorzystywały pryzmaty NICOL, najnowocześniejsze, zwykle używane arkusze polaroidowe, wykonane z długich łańcuchowych cząsteczek węglowodorów z atomami jodu.

- Strona internetowa. Gdzie umieszczana jest analiza substancji, której długość jest zmienna, ale dokładnie znana.

- Oko i wskaźniki wyposażone w skale z nonios. Tak, aby obserwator mierzył dokładnie moc obrotu próbki. Modele automatyczne mają czujniki fotoelektryczne.

- Dodatkowo wskaźniki długości fali i długości fali. Ponieważ moc obrotu wielu substancji zależy od tych parametrów.

Rysunek 5. Schemat ręcznego polarymetru. Źródło: Chang, r. Chemia.

Laurent Polarimeter

W opisanej procedurze występuje niewielka niedogodność, gdy obserwator dostosowuje minimalne światło, ponieważ ludzkie oko nie jest w stanie wykryć bardzo małych zmian jasności.

Aby rozwiązać ten problem, Laurent Polarimeter dodaje pół-laminter o długości półalizn.

W ten sposób obserwator ma w wizjerze dwóch lub trzech sąsiednich regionów o różnej jasności, zwane pola. Jest to łatwiejsze do rozróżnienia poziomów jasności.

Masz najdokładniejszą miarę, gdy analizator jest obracany w taki sposób, aby wszystkie pola były równie słabe.

Rysunek 6. Ręczne czytanie polarymetru. Źródło: f. Zapata.

Prawo biot

Prawo biot wiąże moc obrotową α optycznie aktywnej substancji, mierzonej w stopniach płciowych, ze stężeniem C tej substancji - gdy jest to rozwiązanie - i geometria układu optycznego.

Może ci służyć: kwas przysadki (H3PO2): właściwości, zastosowania i odczynniki

Dlatego podkreślono opis polarymetru, w którym wartości długości fali światła i wartości Portamuestra musiały być znane.

Stała proporcjonalności jest oznaczona [α] i jest nazywana Specyficzna moc obrotowa rozwiązania. Zależy od długości fali λ światła padającego i temperatury t próbki. [Α] Wartości są zwykle zestawione w temperaturze 20 ° C dla światła sodu, w szczególności, których długość fali wynosi 589,3 nm.

Zgodnie z rodzajem związku do analizy prawo biot przyjmuje różne sposoby:

- Optycznie aktywne stałe: α = [α].ℓ

- Czyste płyny: α = [α]. ℓ.ρ

- Rozwiązania z substancjami rozpuszczonymi o aktywności optycznej: α = [α]. ℓ.C

- Próbki z kilkoma optycznie aktywnymi składnikami: ∑α_Siema

Z następującymi dodatkowymi wielkościami i ich jednostkami:

- Długość próbki: ℓ (w mm dla ciał stałych i DM dla cieczy)

- Gęstość cieczy: ρ (w g/ml)

- Stężenie: C (w g/ml lub molowość)

Zalety i wady

Polariimetry są bardzo przydatnymi instrumentami laboratoryjnymi w różnych obszarach, a każdy rodzaj polarymetru ma zalety według zastosowania, które zostanie podane.

Ogromną zaletą samej techniki jest to, że jest to niestatrujący, odpowiedni test podczas analizy twarzy, cenny lub że z jakiegoś powodu nie mogą się podwoić. Jednak polarymetria nie ma zastosowania do żadnej substancji, tylko do tych, które mają aktywność optyczną lub substancję Quirals, Jak są również znane.

Również konieczne do rozważenia, że ​​obecność zanieczyszczeń wprowadza błędy w wynikach.

Kąt obrotu wytwarzany przez analizowaną substancję jest zgodna z jej właściwościami: rodzaj cząsteczki, stężenie roztworu, a nawet zastosowanego rozpuszczalnika. Aby uzyskać wszystkie te dane, musisz dokładnie wiedzieć o długości fali zastosowanej światła, temperaturze i długości pojemnika z próbkowania uchwytu.

Dokładność, z jaką jest pożądana do analizy próbki, jest decydująca przy wyborze odpowiedniego sprzętu. I jego koszt też.

Zalety i wady ręcznego polarymetru

- Zazwyczaj są tańsze, chociaż istnieją również wersje cyfrowe o niskim poziomie. Jeśli chodzi o to, jest wiele ofert.

- Są odpowiednie do wykorzystania w nauczaniu laboratoriów i jako szkolenia, ponieważ pomagają operatorowi zapoznać się z teoretycznymi i praktycznymi aspektami techniki.

Może ci służyć: kwas periódinowy (Hio4): co to jest, struktura, właściwości, używa

- Prawie zawsze są niskie.

- Są odporne i trwałe.

- Czytanie miary jest nieco bardziej pracochłonne, zwłaszcza jeśli substancja do analizy jest niska moc obrotowa, więc operator jest zwykle wyspecjalizowany osobisty.

Zalety i wady automatycznych i cyfrowych polarymetrów

- Są łatwe do manipulacji i czytania, nie wymagają wyspecjalizowanego personelu do działania.

- Cyfrowy polarymetr może wyeksportować dane do drukarki lub urządzenia pamięci masowej.

- Automatyczne polarymetry wymagają mniej czasu pomiaru (około 1 sekundy).

- Mają opcje pomiaru według interwałów.

- Detektor fotoelektryczny pozwala analizować substancje o niskiej mocy obrotowej.

- Skutecznie kontroluj temperaturę, parametr, który najbardziej wpływa na pomiar.

- Niektóre modele są drogie.

- Wymagają konserwacji.

Aplikacje

Polarymetria ma dużą liczbę zastosowań, jak stwierdzono na początku. Obszary są zróżnicowane, a związki do analizy mogą być również organiczne i nieorganiczne. Są niektóre z nich:

- W farmaceutycznej kontroli jakości pomagając ustalić, że substancje stosowane w produkcji leków mają odpowiednie stężenie i czystość.

- W celu kontroli jakości przemysłu spożywczego, analizy czystości cukru, a także jego treści w napojach i słodyczy. Nazywane są również polarymetry używane w ten sposób Ofiara i użyj konkretnej skali, innej od tej używanej w innych aplikacjach: skala ºZ.

Rysunek 7. Jakość zawartości cukru w ​​winach i sokach owocowych odbywa się za pomocą polarymetrii. Źródło: Pixabay.

- Również w technologii żywności służy do znalezienia zawartości skrobi w próbce.

- W astrofizyce polarymetria jest wykorzystywana do analizy polaryzacji światła w gwiazdach i badania pól magnetycznych obecnych w środowiskach astronomicznych i ich roli w dynamice gwiazdy.

- Polarymetria jest przydatna w wykrywaniu widoków widzenia.

- W satelitarnych urządzeniach teledetekcyjnych do obserwacji statków na wysokim morzu, obszarów zanieczyszczenia na środku oceanu lub na lądzie, dzięki robieniu obrazów o wysokim kontrastu.

- Przemysł chemiczny wykorzystuje polarymetrię do rozróżnienia Izomery optyczne. Substancje te mają identyczne właściwości chemiczne, ponieważ ich cząsteczki mają ten sam skład i struktura, ale jeden jest lustrzanym obrazem drugiego.

Izomery optyczne różnią się sposobem, w jaki polaryzują światło (enancjomery): izomer robi to po lewej (levógiro), a drugi po prawej (dekstrogyry), zawsze z punktu widzenia obserwatora obserwatora.

Bibliografia

1. AGS Analytical. Do czego jest polarymetr?. Pobrano z: agsanalitica.com.
2. Chang, R. Chemia. 2013. Jedenaste wydanie. McGraw Hill.
3. Gavira, J. Polarymetria. Źródło: Triplenlace.com.
4. Instrumenty naukowe. Polarymetry. Odzyskany z: UV.Jest.
5. Polytechnic University of Valencia. Zastosowanie polarymetrii do
   Określenie czystości cukru. Odzyskany z: Riunet.UPV.Jest.