De polarimetrie meet de rotatie die een gepolariseerde lichtstraal ondergaat wanneer deze door een optisch actieve stof gaat die een kristal (bijvoorbeeld toermalijn) of een suikeroplossing kan zijn.
Het is een eenvoudige techniek die behoort tot de optische analysemethoden en met talrijke toepassingen, vooral in de chemische en agrovoedingsindustrie, om de concentratie van suikerhoudende oplossingen te bepalen..
Artikel index
De fysieke basis van deze techniek ligt in de eigenschappen van licht als een elektromagnetische golf, bestaande uit een elektrisch veld en een magnetisch veld dat in onderling loodrechte richtingen beweegt..
Elektromagnetische golven zijn transversaal, wat betekent dat deze velden zich op hun beurt voortplanten in de richting loodrecht erop, volgens figuur 2.
Aangezien het veld echter bestaat uit talrijke golftreinen die van elk atoom komen en elk in verschillende richtingen oscilleert, is natuurlijk licht of dat van een gloeilamp niet gepolariseerd..
Als daarentegen de trillingen van het veld in een voorkeursrichting optreden, wordt gezegd dat het licht gepolariseerd is. Dit kan worden bereikt door de lichtbundel door bepaalde stoffen te laten gaan die ongewenste componenten kunnen blokkeren en slechts één in het bijzonder door te laten..
Als bovendien de lichtgolf uit één golflengte bestaat, hebben we een bundel lineair gepolariseerd monochroom.
Materialen die als filters fungeren om dit te bereiken, worden polarisatoren of analysatoren genoemd. En er zijn stoffen die reageren op gepolariseerd licht en het polarisatievlak roteren. Ze staan bekend als optisch actieve stoffen, bijvoorbeeld suikers.
Over het algemeen kunnen polarimeters zijn: handmatig, automatisch en halfautomatisch en digitaal.
Handmatige polarimeters worden gebruikt in onderwijslaboratoria en kleine laboratoria, terwijl automatische polarimeters de voorkeur hebben wanneer een groot aantal metingen vereist is, omdat ze de tijd die aan metingen wordt besteed minimaliseren..
De automatische en digitale modellen worden geleverd met een foto-elektrische detector, een sensor die reageert op de verandering van licht en de nauwkeurigheid van de metingen aanzienlijk verhoogt. Er zijn er ook die lezen op een digitaal scherm aanbieden, omdat ze zeer eenvoudig te bedienen zijn.
Om de algemene werking van een polarimeter te illustreren, wordt hieronder een handmatig optisch type beschreven..
Een basispolarimeter maakt gebruik van twee Nicol-prisma's of Polaroid-vellen, in het midden waarvan de te analyseren optisch actieve stof zich bevindt..
William Nicol (1768-1851) was een Schotse natuurkundige die een groot deel van zijn carrière aan instrumentatie wijdde. Met behulp van een kristal van calciet of IJslandse spar, een mineraal dat een invallende lichtbundel kan splitsen, creëerde Nicol in 1828 een prisma waarmee gepolariseerd licht kon worden verkregen. Het werd veel gebruikt bij de constructie van polarimeters.
De belangrijkste onderdelen van een polarimeter zijn:
- De lichtbron. In het algemeen een natrium-, wolfraam- of kwikdamplamp waarvan de golflengte bekend is.
- Polarisatoren. De oude modellen gebruikten Nicol-prisma's, terwijl de modernere meestal Polaroid-vellen gebruiken, gemaakt van koolwaterstofmoleculen met lange ketens met jodiumatomen..
- Een monsterhouder. Waar de te analyseren stof wordt geplaatst, waarvan de lengte variabel is, maar exact bekend.
- Een oculair en indicatoren voorzien van noniusschalen. Voor de waarnemer om het rotatievermogen van het monster nauwkeurig te meten. Automatische modellen hebben foto-elektrische sensoren.
- Bovendien temperatuur- en golflengte-indicatoren. Omdat het rotatievermogen van veel stoffen afhankelijk is van deze parameters.
In de beschreven procedure is er een klein ongemak wanneer de waarnemer het minimum aan licht aanpast, aangezien het menselijk oog niet in staat is om zeer kleine variaties in helderheid te detecteren..
Om dit probleem op te lossen, voegt de Laurent-polarimeter een halfgolflengte-vertragende halve plaat toe, gemaakt van dubbelbrekend materiaal..
Op deze manier heeft de waarnemer twee of drie aangrenzende gebieden met verschillende helderheid, velden genaamd, in de kijker. Dit maakt het voor het oog gemakkelijker om onderscheid te maken tussen helderheidsniveaus..
U heeft de meest nauwkeurige meting wanneer de analysator wordt gedraaid, zodat alle velden even donker zijn..
De wet van Biot heeft betrekking op de roterende kracht α van een optisch actieve stof, gemeten in sexagesimale graden, met de concentratie c van genoemde stof -wanneer het een oplossing is- en de geometrie van het optische systeem.
Daarom werd in de beschrijving van de polarimeter de nadruk gelegd, dat de golflengtewaarden van het licht en die van de monsterhouder bekend moesten zijn..
De evenredigheidsconstante wordt aangeduid met [α] en wordt aangeroepen specifiek roterend vermogen van de oplossing. Het hangt af van de golflengte λ van het invallende licht en de temperatuur T van het monster. De waarden van [α] worden gewoonlijk bij 20 ºC weergegeven voor natriumlicht, met een golflengte van 589,3 nm..
Afhankelijk van het type verbinding dat moet worden geanalyseerd, neemt de wet van Biot verschillende vormen aan:
- Optisch actieve vaste stoffen: α = [α] .ℓ
- Pure vloeistoffen: α = [α]. ℓ.ρ
- Oplossingen met opgeloste stoffen die optische activiteit hebben: α = [α]. ℓ.c
- Monsters met verschillende optisch actieve componenten: ∑αik
Met de volgende extra grootheden en hun eenheden:
- Lengte preparaathouder: ℓ (in mm voor vaste stoffen en dm voor vloeistoffen)
- Dichtheid van vloeistoffen: ρ (in g / ml)
- Concentratie: c (in g / ml of molariteit)
Polarimeters zijn zeer nuttige laboratoriuminstrumenten op verschillende gebieden en elk type polarimeter heeft voordelen naargelang het gebruik ervan..
Een groot voordeel van de techniek zelf is dat het een niet-destructieve test is, geschikt bij het analyseren van dure, waardevolle monsters of die om de een of andere reden niet kan worden gedupliceerd. Polarimetrie is echter op geen enkele stof toepasbaar, alleen op stoffen met optische activiteit of stof chiraal, zoals ze ook bekend zijn.
Er moet ook rekening mee worden gehouden dat de aanwezigheid van onzuiverheden fouten in de resultaten introduceert..
De rotatiehoek die door de geanalyseerde stof wordt geproduceerd, is in overeenstemming met zijn kenmerken: het type molecuul, de concentratie van de oplossing en zelfs het gebruikte oplosmiddel. Om al deze gegevens te verkrijgen, is het noodzakelijk om exact de golflengte van het gebruikte licht, de temperatuur en de lengte van de monsterhouder te weten..
De precisie waarmee u het monster wilt analyseren, is doorslaggevend bij het kiezen van een geschikte apparatuur. En zijn kosten ook.
- Ze zijn meestal goedkoper, hoewel er ook goedkope digitale versies zijn. Wat dit betreft is er veel aanbod.
- Ze zijn geschikt voor gebruik in leslaboratoria en als training, omdat ze de operator helpen vertrouwd te raken met de theoretische en praktische aspecten van de techniek.
- Ze zijn bijna altijd onderhoudsarm.
- Ze zijn sterk en duurzaam.
- Het aflezen van de meting is iets omslachtiger, vooral als de te analyseren stof een laag rotatievermogen heeft, daarom is de operator meestal gespecialiseerd personeel.
- Ze zijn gemakkelijk te hanteren en af te lezen, er is geen gespecialiseerd personeel voor nodig.
- De digitale polarimeter kan de gegevens naar een printer of opslagapparaat exporteren.
- Automatische polarimeters vereisen minder meettijd (ongeveer 1 seconde).
- Ze hebben opties om met intervallen te meten.
- Met de foto-elektrische detector kunnen stoffen met een laag rotatievermogen worden geanalyseerd.
- Temperatuur efficiënt regelen, de parameter die de meting het meest beïnvloedt.
- Sommige modellen zijn duur.
- Onderhoud vereisen.
Polarimetrie kent een groot aantal toepassingen, zoals in het begin vermeld. De gebieden zijn divers en de te analyseren verbindingen kunnen ook organisch en anorganisch zijn. Dit zijn er een paar:
- Bij farmaceutische kwaliteitscontrole, helpen bepalen dat de stoffen die bij de vervaardiging van geneesmiddelen worden gebruikt, de juiste concentratie en zuiverheid hebben.
- Voor de kwaliteitscontrole van de voedingsindustrie, analyse van de zuiverheid van suiker, evenals het gehalte aan dranken en snoep. Polarimeters die op deze manier worden gebruikt, worden ook wel genoemd sacharimeters en ze gebruiken een bepaalde schaal, anders dan degene die in andere toepassingen wordt gebruikt: de ºZ-schaal.
- Ook in de levensmiddelentechnologie wordt het gebruikt om het zetmeelgehalte van een monster te vinden.
- In de astrofysica wordt polarimetrie gebruikt om de polarisatie van licht in sterren te analyseren en om de magnetische velden in astronomische omgevingen en hun rol in de dynamica van sterren te bestuderen..
- Polarimetrie is nuttig bij het opsporen van oogziekten.
- In satelliet-teledetectieapparatuur voor het observeren van schepen op zee, vervuilingsgebieden in het midden van de oceaan of op het land, dankzij beeldvorming met hoog contrast.
- De chemische industrie gebruikt polarimetrie om onderscheid te maken tussen optische isomeren. Deze stoffen hebben identieke chemische eigenschappen, omdat hun moleculen dezelfde samenstelling en structuur hebben, maar de ene is een spiegelbeeld van de andere..
Optische isomeren verschillen in de manier waarop ze licht polariseren (enantiomeren): de ene isomeer doet het naar links (linkshandig) en de andere naar rechts (rechtshandig), altijd vanuit het oogpunt van de waarnemer..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.