Foundation Polarimetrie, Typen, Anwendungen, Vor- und Nachteile

Der Polarimetrie Es misst die Rotation, dass ein Strahl polarisiertes Licht beim Überqueren einer optisch aktiven Substanz erfährt, die ein Kristall (z. B. Turmalin) oder eine Zuckerlösung sein kann.

Es handelt sich um eine einfache Technik, die zu den optischen Analysemethoden und zahlreichen Anwendungen gehört, insbesondere in der chemischen und Agrarfood -Industrie, um die Konzentration von zuckerhaltigen Lösungen zu bestimmen.

Abbildung 1. Digitalautomatisches Polarimeter. Quelle: Wikimedia Commons. ZU.Krüs optronic gmbh, http: // www.Krues.com/work/produc/polarimeter [cc by-sa 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/Tat.in)] [TOC]

Basis

Die physikalische Grundlage dieser Technik liegt in den Eigenschaften des Lichts als elektromagnetische Welle, die aus einem elektrischen Feld und einem anderen magnetischen Bewegung in sich senkrechten Richtungen besteht.

Elektromagnetische Wellen sind transversal, was bedeutet, dass sich diese Felder nach Abbildung 2 senkrecht zu ihnen ausbreiten.

Da das Feld jedoch aus zahlreichen Wellenzügen besteht, die aus jedem Atom stammen, und jeder in unterschiedliche Richtungen schwankt, ist natürliches Licht oder das, das von einer Glühlampe stammt.

Andererseits wird gesagt, dass das Licht polarisiert ist. Dies kann erreicht werden, indem der leuchtende Strahl durch bestimmte Substanzen gelassen wird, die unerwünschte Komponenten blockieren und nur einen in Spezial transparent sein können.

Figur 2. Animation eines elektromagnetischen Feldes, das sich entlang der X -Achse ausbreitet. Quelle: Wikimedia Commons. Und 1MU [CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]].

Wenn auch die Lichtwelle aus einer einzelnen Wellenlänge besteht, haben Sie einen Strahl Polarisierte monochromatische linear.

Die Materialien, die als Filter dienen, um dies zu erreichen, werden als Polarisatoren oder Analysatoren bezeichnet. Und es gibt Substanzen, die auf polarisiertes Licht reagieren und die Polarisationsebene drehen. Sie sind als optisch aktive Substanzen bekannt, zum Beispiel Zucker.

Arten von Polarimeter

Im Allgemeinen können Polarimeter: manuell, automatisch und halbautomatisch und digital sein.

Anleitungen

Manuelle Polarimeter werden zum Unterrichten von Laboratorien und kleinen Labors verwendet, während automatisch vorgezogen werden, wenn viele Maßnahmen ergreifen müssen, da sie die Zeit minimieren.

Automatisch und digital

Automatische und digitale Modelle werden mit photoelektrischem Detektor geliefert, einem Sensor, der eine Reaktion auf die Lichtänderung abgibt und die Genauigkeit der Maßnahmen erheblich erhöht. Es gibt auch diejenigen, die auf einem digitalen Bildschirm lesen und sehr einfach zu bedienen sind.

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Um die allgemeine Funktionen eines Polarimeteres zu veranschaulichen, wird eine des manuellen optischen Typs beschrieben.

Betrieb und Teile

Ein grundlegender Polarimeter stellt zwei Prismen aus Nicol- oder Polaroidblättern her, in deren Mitte sich die optisch aktive Substanz, die analysiert werden soll.

William Nicol (1768-1851) war ein schottischer Physiker, der einen guten Teil seiner Karriere der Instrumentierung widmete. Unter Verwendung eines Calcit- oder Spatis -Kristalls Island. Es wurde häufig für den Bau von Polarimetern verwendet.

Figur 4. Birrraftent Calcita Crystal. Quelle: Wikimedia Commons. APN MJM [CC BY-S (https: // CreateRecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]].

Die Hauptteile eines Polarimeters sind:

- Die Lichtquelle. Im Allgemeinen eine Natrium-, Wolfram- oder Quecksilberdampflampe, deren Wellenlänge bekannt ist.

- Polarisatoren. Alte Modelle verwendeten Nicol -Prismen hingegen die modernsten verwendeten normalerweise Polaroidblätter aus langkettigen Kohlenwasserstoffmolekülen mit Jodatomen.

- Eine Website. Wo die analysierte Substanz platziert wird, deren Länge variabel ist, aber genau bekannt ist.

- Ein Augen- und Indikatoren, die mit Skalen mit Nonios versehen sind. So dass der Beobachter genau die Rotationsleistung der Probe misst. Automatische Modelle haben photoelektrische Sensoren.

- Zusätzlich Wellenlängen- und Wellenlängenindikatoren. Da die Drehleistung vieler Substanzen von diesen Parametern abhängt.

Abbildung 5. Schema eines manuellen Polarimeters. Quelle: Chang, r. Chemie.

Laurent Polarimeter

Im beschriebenen Verfahren gibt es eine geringe Unannehmlichkeit, wenn der Beobachter das Mindestlicht anpasst.

Um dieses Problem zu beheben, fügt Laurent Polarimeter einen halblangen Retarder-Halb-Laminter aus, der aus Birre-driftens Material besteht.

Auf diese Weise hat der Beobachter im Sucher von zwei oder drei benachbarten Regionen unterschiedlicher Leuchtkraft, genannt Feldern. Dies ist für das Auge einfacher, um die Leuchtkraft zu unterscheiden.

Sie haben die genaueste Maßnahme, wenn der Analysator so gedreht wird, dass alle Felder gleichermaßen schwach sind.

Abbildung 6. Handbuch Polarimeter -Lesung. Quelle: f. Zapata.

Biot -Gesetz

Das Gesetz von Biot bezieht sich auf rotierende Kraft α einer optisch aktiven Substanz, gemessen in sexagesimalen Graden, mit der Konzentration C dieser Substanz - wenn es sich um eine Lösung handelt - und die Geometrie des optischen Systems.

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Deshalb wurde die Beschreibung des Polarimeteres betont, in dem die Werte der Wellenlänge des Lichts und die des Portamuestra bekannt sein mussten.

Die Verhältnismäßigkeitskonstante wird bezeichnet [α] und heißt Spezifische Drehleistung der Lösung. Es hängt von der Wellenlänge λ des einfallenden Lichts und der Temperatur t der Probe ab. [Α] Werte werden normalerweise bei 20 ºC für Natriumlicht tabelliert, insbesondere bei 589,3 nm, deren Wellenlänge beträgt.

Nach der zu analysierenden Art der Verbindung nimmt das Biot -Gesetz unterschiedliche Möglichkeiten ein:

- Optisch aktive Feststoffe: α = [α].ℓ

- Reine Flüssigkeiten: α = [α]. ℓ.ρ

- Lösungen mit gelösten Stoffen mit optischer Aktivität: α = [α]. ℓ.C

- Proben mit mehreren optisch aktiven Komponenten: ∑α_Yo

Mit den folgenden zusätzlichen Größen und ihren Einheiten:

- Länge der Probe: ℓ (in mm für Feststoffe und DM für Flüssigkeiten)

- Flüssigdichte: ρ (in g/ml)

- Konzentration: C (in G/ml oder Molarität)

Vorteile und Nachteile

Polarimeter sind sehr nützliche Laborinstrumente in verschiedenen Bereichen, und jede Art von Polarimeter hat Vorteile entsprechend der Verwendung, die gegeben wird.

Ein großer Vorteil der Technik selbst ist, dass es sich bei der Analyse von Gesichtern um einen nicht zerstörerischen, angemessenen Test handelt, der wertvoll ist oder dass sie sich aus irgendeinem Grund nicht verdoppeln können. Polarimetrie ist jedoch nicht auf Substanz anwendbar, nur für diejenigen, die optische Aktivität oder Substanz haben Quirale, wie sie auch bekannt sind.

Auch dies notwendig zu berücksichtigen, dass das Vorhandensein von Verunreinigungen Fehler in den Ergebnissen verursacht.

Der Drehwinkel, der durch die analysierte Substanz erzeugt wird. Um all diese Daten zu erhalten, müssen Sie genau die Wellenlänge des verwendeten Lichts, die Temperatur und Länge des Halterprobenbehälters, kennen.

Die Genauigkeit, mit der die Probe analysiert werden soll, ist bei der Auswahl einer geeigneten Ausrüstung entscheidend. Und es ist auch Kosten.

Vor- und Nachteile des manuellen Polarimeters

- Sie sind normalerweise billiger, obwohl es auch digitale Versionen gibt. Dies gibt viel Angebot.

- Sie sind geeignet, im Unterricht Laboratorien und als Ausbildung eingesetzt zu werden, da sie dem Bediener helfen, sich mit den theoretischen und praktischen Aspekten der Technik vertraut zu machen.

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- Sie sind fast immer wartungsarm.

- Sie sind resistent und langlebig.

- Das Lesen der Maßnahme ist etwas mühsamer, insbesondere wenn die zu analysierende Substanz eine niedrige Drehleistung ist, sodass der Bediener normalerweise persönlich spezialisiert ist.

Vor- und Nachteile automatischer und digitaler Polarimeter

- Sie sind leicht zu manipulieren und zu lesen, sie benötigen kein spezialisiertes Personal für ihren Betrieb.

- Das digitale Polarimeter kann die Daten in den Drucker oder das Speichergerät exportieren.

- Automatische Polarimeter erfordern weniger Messzeit (ca. 1 Sekunde).

- Sie haben Optionen, um nach Intervallen zu messen.

- Der photoelektrische Detektor ermöglicht die Analyse von Substanzen mit niedriger Drehleistung.

- Steuern Sie effizient die Temperatur, den Parameter, der die Messung am meisten beeinflusst.

- Einige Modelle sind teuer.

- Sie erfordern Wartung.

Anwendungen

Die Polarimetrie hat eine große Anzahl von Anwendungen, wie zu Beginn angegeben. Die Bereiche sind vielfältig und die zu analysierenden Verbindungen können auch organisch und anorganisch sein. Sind einige von ihnen:

- Bei der pharmazeutischen Qualitätskontrolle hilft zu bestimmen, dass die bei der Herstellung von Arzneimitteln verwendeten Substanzen die entsprechende Konzentration und Reinheit aufweisen.

- Für die Qualitätskontrolle der Lebensmittelindustrie analysieren Sie die Reinheit von Zucker sowie deren Inhalt in Getränken und Süßigkeiten. Die auf diese Weise verwendeten Polarimeter werden ebenfalls genannt Sakrement und verwenden Sie eine bestimmte Skala, die sich von der in anderen Anwendungen verwendeten Personen unterscheidet: der ºZ -Skala.

Abbildung 7. Die Qualität des Zuckergehalts in Weinen und Fruchtsäften wird durch Polarimetrie durchgeführt. Quelle: Pixabay.

- Auch in der Lebensmitteltechnologie wird es verwendet, um den Stärkeinhalt einer Probe zu finden.

- In der Astrophysik wird die Polarimetrie verwendet, um die Polarisation von Licht in den Sternen und die Untersuchung der in astronomischen Umgebungen vorhandenen Magnetfelder und ihre Rolle in der Sternendynamik zu analysieren.

- Polarimetrie ist nützlich bei der Erkennung von Sichtweise.

- In Satelliten -Fernerkundungsgeräten zur Beobachtung von Schiffen in den Hoch See-, Umweltverschmutzungsgebieten in der Mitte des Ozeans oder an Land dank der Aufnahme von hohen Kontrastbildern.

- Die chemische Industrie verwendet Polarimetrie, um zwischen zu unterscheiden Optische Isomere. Diese Substanzen haben identische chemische Eigenschaften, da ihre Moleküle die gleiche Zusammensetzung und Struktur haben, aber eines ist ein Spiegelbild des anderen.

Die optischen Isomere unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie das Licht (Enantiomere) polarisieren.

Verweise

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2. Chang, R. Chemie. 2013. Elfte Ausgabe. McGraw Hill.
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