Plik polarymetria mierzy obrót, jakim podlega spolaryzowana wiązka światła, gdy przechodzi przez substancję optycznie czynną, którą może być kryształ (na przykład turmalin) lub roztwór cukru.
Jest to prosta technika, należąca do optycznych metod analizy i mająca liczne zastosowania, zwłaszcza w przemyśle chemicznym i rolno-spożywczym do oznaczania stężeń roztworów cukrowych..
Indeks artykułów
Fizyczne podstawy tej techniki leżą we właściwościach światła jako fali elektromagnetycznej, składającej się z pola elektrycznego i pola magnetycznego poruszających się we wzajemnie prostopadłych kierunkach..
Fale elektromagnetyczne są poprzeczne, co oznacza, że pola te z kolei rozchodzą się w kierunku prostopadłym do nich, zgodnie z rysunkiem 2.
Ponieważ jednak pole to składa się z wielu ciągów fal, które pochodzą z każdego atomu, a każdy z nich oscyluje w różnych kierunkach, światło naturalne lub pochodzące z żarowej żarówki nie jest spolaryzowane..
W przeciwieństwie do tego, gdy oscylacje pola występują w preferowanym kierunku, mówi się, że światło jest spolaryzowane. Można to osiągnąć, przepuszczając wiązkę światła przez pewne substancje, które mogą blokować niepożądane elementy i przepuszczając w szczególności tylko jeden z nich..
Jeśli dodatkowo fala świetlna składa się z jednej długości fali, mamy wiązkę monochromatyczny z polaryzacją liniową.
Materiały, które działają jak filtry, aby to osiągnąć, nazywane są polaryzatorami lub analizatorami. Są też substancje, które reagują na światło spolaryzowane, obracając płaszczyznę polaryzacji. Znane są jako substancje optycznie czynne, np. Cukry.
Ogólnie rzecz biorąc, polarymetry mogą być: ręczne, automatyczne i półautomatyczne oraz cyfrowe.
Ręczne polarymetry są używane w laboratoriach dydaktycznych i małych laboratoriach, podczas gdy automatyczne są preferowane, gdy wymagana jest duża liczba pomiarów, ponieważ minimalizują czas spędzony na pomiarze..
Modele automatyczne i cyfrowe są wyposażone w detektor fotoelektryczny, czujnik, który reaguje na zmianę światła i znacznie zwiększa precyzję pomiarów. Są też takie, które oferują czytanie na cyfrowym ekranie, będąc bardzo łatwym w obsłudze.
Aby zilustrować ogólne działanie polarymetru, poniżej opisano manualny typ optyczny..
Podstawowy polarymetr wykorzystuje dwa pryzmaty Nicola lub arkusze polaroidowe, pośrodku których znajduje się substancja optycznie czynna do analizy..
William Nicol (1768-1851) był szkockim fizykiem, który większość swojej kariery poświęcił instrumentacji. Używając kryształu kalcytu lub drzewca islandzkiego, minerału zdolnego do rozszczepiania padającej wiązki światła, Nicol stworzył w 1828 r. Pryzmat, za pomocą którego można było uzyskać światło spolaryzowane. Był szeroko stosowany w budowie polarymetrów.
Główne części polarymetru to:
- Źródło światła. Zwykle lampy sodowe, wolframowe lub rtęciowe, których długość fali jest znana.
- Polaryzatory. W starych modelach zastosowano pryzmaty Nicola, natomiast w nowszych zazwyczaj stosuje się arkusze polaroidowe, wykonane z długołańcuchowych cząsteczek węglowodoru z atomami jodu..
- Uchwyt na próbki. Miejsce umieszczenia analizowanej substancji, której długość jest zmienna, ale dokładnie znana.
- Okular i wskaźniki wyposażone w noniusz. Dla obserwatora, aby mógł dokładnie zmierzyć siłę obrotową próbki. Modele automatyczne mają czujniki fotoelektryczne.
- Dodatkowo wskaźniki temperatury i długości fali. Ponieważ moc rotacyjna wielu substancji zależy od tych parametrów.
W opisanej procedurze występuje niewielka niedogodność, gdy obserwator dostosowuje minimum światła, ponieważ ludzkie oko nie jest w stanie wykryć bardzo małych zmian jasności..
Aby przezwyciężyć ten problem, polarymetr Laurenta dodaje pół-arkusz opóźniający o połowę długości fali, wykonany z materiału dwójłomnego..
W ten sposób obserwator ma w obserwatorze dwa lub trzy sąsiednie obszary o różnej jasności, zwane polami. Ułatwia to oku rozróżnianie poziomów jasności..
Najdokładniejszy pomiar uzyskuje się, gdy analizator jest tak obrócony, że wszystkie pola są jednakowo słabe..
Prawo Biota wiąże siłę rotacji α substancji czynnej optycznie, mierzonej w stopniach sześćdziesiętnych, wraz ze stężeniem do wspomnianej substancji - gdy jest to roztwór - i geometrię układu optycznego.
Dlatego w opisie polarymetru położono nacisk na to, aby znać wartości długości fali światła i uchwytu próbki..
Stała proporcjonalności jest oznaczona [α] i jest nazywana specyficzna moc obrotowa rozwiązania. Zależy to od długości fali λ padającego światła i temperatury T próbki. Wartości [α] są zwykle zestawiane w tabeli przy 20 ° C dla światła sodowego, w szczególności którego długość fali wynosi 589,3 nm.
W zależności od rodzaju analizowanego związku prawo Biota przybiera różne formy:
- Substancje stałe optycznie czynne: α = [α] .ℓ
- Czyste płyny: α = [α]. ℓ.ρ
- Rozwiązania z substancjami rozpuszczonymi, które mają aktywność optyczną: α = [α]. ℓ.c
- Próbki z różnymi optycznie czynnymi składnikami: ∑αja
Z następującymi dodatkowymi jasnościami i ich jednostkami:
- Długość uchwytu preparatu: ℓ (w mm dla ciał stałych i dm dla cieczy)
- Gęstość cieczy: ρ (w g / ml)
- Stężenie: c (wg / ml lub molarność)
Polarymetry są bardzo przydatnymi instrumentami laboratoryjnymi w różnych dziedzinach, a każdy typ polarymetru ma zalety w zależności od jego zastosowania..
Ogromną zaletą samej techniki jest to, że jest to badanie nieniszczące, odpowiednie do analizy drogich, wartościowych próbek lub takie, których z jakiegoś powodu nie można powielić. Jednak polarymetria nie ma zastosowania do żadnej substancji, tylko do tych, które mają aktywność optyczną lub substancję chiralny, jak są również znane.
Należy również wziąć pod uwagę, że obecność zanieczyszczeń wprowadza błędy w wynikach..
Kąt obrotu wytwarzany przez analizowaną substancję jest zgodny z jej charakterystyką: rodzajem cząsteczki, stężeniem roztworu, a nawet zastosowanym rozpuszczalnikiem. Aby uzyskać wszystkie te dane, konieczna jest dokładna znajomość długości fali używanego światła, temperatury i długości pojemnika na próbki..
Precyzja, z jaką chcesz przeanalizować próbkę, decyduje o wyborze odpowiedniego sprzętu. A także jego koszt.
- Zwykle są tańsze, chociaż istnieją również niedrogie wersje cyfrowe. Jak na to, oferty jest bardzo dużo.
- Nadają się do użytku w laboratoriach dydaktycznych i do szkolenia, ponieważ pomagają operatorowi zapoznać się z teoretycznymi i praktycznymi aspektami techniki.
- Prawie zawsze wymagają one niewielkiej konserwacji.
- Są mocne i trwałe.
- Odczyt pomiaru jest nieco bardziej pracochłonny, zwłaszcza jeśli analizowana substancja ma małą moc obrotową, dlatego operatorem jest zwykle wyspecjalizowany personel.
- Są łatwe w obsłudze i czytaniu, nie wymagają wyspecjalizowanego personelu do ich obsługi.
- Cyfrowy polarymetr może eksportować dane do drukarki lub urządzenia pamięci masowej.
- Automatyczne polarymetry wymagają mniej czasu pomiaru (około 1 sekundy).
- Mają opcje pomiaru w odstępach czasu.
- Detektor fotoelektryczny umożliwia analizę substancji o małej mocy obrotowej.
- Efektywnie kontroluj temperaturę, parametr, który ma największy wpływ na pomiar.
- Niektóre modele są drogie.
- Wymagaj konserwacji.
Jak wspomniano na początku, polarymetria ma wiele zastosowań. Obszary są zróżnicowane, a analizowane związki mogą być zarówno organiczne, jak i nieorganiczne. Oto niektóre z nich:
- W farmaceutycznej kontroli jakości pomaga ustalić, czy substancje używane do produkcji leków mają odpowiednie stężenie i czystość.
- Do kontroli jakości przemysłu spożywczego, analizy czystości cukru, a także jego zawartości w napojach i słodyczach. Stosowane w ten sposób polarymetry są również nazywane sacharymetry i używają określonej skali, innej niż stosowana w innych zastosowaniach: skali ºZ.
- Również w technologii żywności służy do oznaczania zawartości skrobi w próbce.
- W astrofizyce polarymetria jest wykorzystywana do analizy polaryzacji światła w gwiazdach oraz do badania pól magnetycznych obecnych w środowiskach astronomicznych i ich roli w dynamice gwiazd..
- Polarymetria jest przydatna w wykrywaniu chorób oczu.
- W satelitarnych urządzeniach teledetekcyjnych do obserwacji statków na morzu, obszarów zanieczyszczonych na środku oceanu lub na lądzie, dzięki obrazowaniu o wysokim kontraście.
- W przemyśle chemicznym do rozróżniania stosuje się polarymetrię izomery optyczne. Substancje te mają identyczne właściwości chemiczne, ponieważ ich cząsteczki mają ten sam skład i strukturę, ale jedna jest lustrzanym odbiciem drugiej..
Izomery optyczne różnią się sposobem, w jaki polaryzują światło (enancjomery): jeden izomer robi to po lewej stronie (lewoskrętny), a drugi po prawej (prawoskrętny), zawsze z punktu widzenia obserwatora..
Jeszcze bez komentarzy