Polarimetri asas, jenis, aplikasi, kelebihan dan kekurangan

The Polarimetri Ia mengukur putaran bahawa rasuk pengalaman cahaya terpolarisasi apabila ia melintasi bahan optik aktif yang boleh menjadi kristal (contohnya tourmaline) atau penyelesaian gula.

Ini adalah teknik yang mudah, yang dimiliki oleh kaedah analisis optik dan dengan pelbagai aplikasi, terutamanya dalam industri bahan kimia dan agri untuk menentukan kepekatan penyelesaian manis.

Rajah 1. Polarimeter automatik digital. Sumber: Wikimedia Commons. Ke.Krüss Optronic GmbH, http: // www.Krues.com/kerja/hasil/polarimeter [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0/perbuatan.dalam)] [TOC]

Asas

Asas fizikal teknik ini terletak pada sifat cahaya sebagai gelombang elektromagnet, yang terdiri daripada medan elektrik dan satu lagi magnet bergerak dalam arah yang saling berserenjang.

Gelombang elektromagnet adalah transversal, yang bermaksud bahawa bidang ini seterusnya tersebar ke arah tegak lurus kepada mereka, menurut Rajah 2.

Walau bagaimanapun, kerana medan ini terdiri daripada banyak kereta api gelombang yang datang dari setiap atom, dan masing -masing berayun dalam arah yang berbeza, cahaya semula jadi atau yang berasal dari mentol pijar tidak terpolarisasi.

Sebaliknya, apabila ayunan medan berlaku dalam arah yang istimewa, dikatakan bahawa cahaya dipolarisasi. Ini dapat dicapai dengan meninggalkan rasuk bercahaya melalui bahan -bahan tertentu yang mampu menyekat komponen yang tidak diingini dan hanya membenarkan satu untuk menjadi telus.

Rajah 2. Animasi medan elektromagnet yang menyebar di sepanjang paksi x. Sumber: Wikimedia Commons. And1mu [cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)].

Sekiranya juga gelombang cahaya terdiri daripada panjang gelombang tunggal, anda mempunyai rasuk Monokromatik polarisasi linear.

Bahan yang bertindak sebagai penapis untuk mencapai ini dipanggil polarizers atau penganalisis. Dan ada bahan yang bertindak balas terhadap cahaya terpolarisasi, berputar satah polarisasi. Mereka dikenali sebagai bahan optik aktif, contohnya gula.

Jenis polarimeter

Secara umum, polarimeter boleh: manual, automatik dan separuh -automatik dan digital.

Manual

Polarimeter manual digunakan dalam makmal pengajaran dan makmal kecil, sementara automatik lebih disukai apabila banyak langkah diperlukan, kerana mereka meminimumkan masa yang dihabiskan untuk pengukuran.

Automatik dan digital

Model automatik dan digital dilengkapi dengan pengesan fotoelektrik, sensor yang memancarkan tindak balas terhadap perubahan cahaya dan sangat tinggi ketepatan langkah -langkah. Terdapat juga mereka yang menawarkan bacaan di skrin digital, sangat mudah untuk beroperasi.

Boleh melayani anda: karbonoid: unsur, ciri dan kegunaan

Untuk menggambarkan fungsi umum polarimeter, maka salah satu jenis optik manual digambarkan.

Operasi dan bahagian

Polarimeter asas menjadikan dua prisma dari lembaran Nicol atau Polaroid, di tengah -tengahnya bahan optik aktif yang akan dianalisis terletak.

William Nicol (1768-1851) adalah seorang ahli fizik Scotland yang mendedikasikan sebahagian besar kerjayanya untuk instrumentasi. Menggunakan kristal kalsit atau spatis di Iceland, mineral yang mampu membentangkan kilat kejadian, Nicol dicipta pada tahun 1828 prisma yang mana cahaya terpolarisasi dapat diperolehi. Ia digunakan secara meluas dalam pembinaan polarimeter.

Rajah 4. Birrefringent Calcita Crystal. Sumber: Wikimedia Commons. APN MJM [cc by-s (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)].

Bahagian utama polarimeter adalah:

- Sumber cahaya. Umumnya lampu stim natrium, tungsten atau merkuri, yang panjang gelombangnya diketahui.

- Polarizers. Model purba menggunakan prisma Nicol, sebaliknya, yang paling moden biasanya menggunakan lembaran polaroid, diperbuat daripada molekul hidrokarbon rantai panjang dengan atom iodin.

- Laman sesawang. Di mana bahan yang dianalisis diletakkan, panjangnya berubah, tetapi diketahui tepat.

- Okular dan petunjuk yang disediakan dengan skala dengan nonios. Supaya pemerhati mengukur dengan tepat kuasa putaran sampel. Model automatik mempunyai sensor fotoelektrik.

- Petunjuk panjang gelombang dan panjang gelombang tambahan. Oleh kerana kuasa putaran banyak bahan bergantung pada parameter ini.

Rajah 5. Skim polarimeter manual. Sumber: Chang, r. Kimia.

Laurent Polarimeter

Dalam prosedur yang diterangkan terdapat kesulitan yang kecil apabila pemerhati menyesuaikan cahaya minimum, kerana mata manusia tidak dapat mengesan variasi yang sangat kecil.

Untuk membetulkan masalah ini, Laurent Polarimeter menambah separuh akhir retarder separuh panjang, diperbuat daripada bahan birrefringent.

Dengan cara ini, pemerhati mempunyai pemidang tilik dua atau tiga kawasan bersebelahan dengan kilauan yang berbeza, yang dipanggil medan. Ini lebih mudah bagi mata untuk membezakan tahap pencahayaan.

Anda mempunyai ukuran yang paling tepat apabila penganalisis diputar sedemikian rupa sehingga semua bidang sama -sama pengsan.

Rajah 6. Pembacaan polarimeter manual. Sumber: f. Zapata.

Undang -undang Biot

Undang -undang Biot berkaitan dengan kuasa berputar α bahan optik aktif, diukur dalam darjah sexagesimal, dengan kepekatan c bahan ini - apabila ia adalah penyelesaian - dan geometri sistem optik.

Ia boleh melayani anda: asid pituitari (H3PO2): sifat, kegunaan dan reagen

Itulah sebabnya perihalan polarimeter ditekankan, di mana nilai -nilai panjang gelombang cahaya dan portamuestra harus diketahui.

Pemalar perkadaran dilambangkan [α] dan dipanggil Kuasa berputar khusus penyelesaian. Ia bergantung pada panjang gelombang λ cahaya insiden dan suhu t sampel. [Α] Nilai biasanya ditabulasi pada 20 ºC untuk cahaya natrium, khususnya, yang panjang gelombangnya adalah 589.3 nm.

Menurut jenis kompaun yang akan dianalisis, undang -undang Biot mengamalkan cara yang berbeza:

- Pepejal aktif optik: α = [α].ℓ

- Cecair tulen: α = [α]. ℓ.ρ

- Penyelesaian dengan larutan yang mempunyai aktiviti optik: α = [α]. ℓ.c

- Sampel dengan beberapa komponen optik aktif: Σα_Yo

Dengan magnitud tambahan dan unit mereka:

- Panjang sampel: ℓ (dalam mm untuk pepejal dan dm untuk cecair)

- Ketumpatan cecair: ρ (dalam g/ml)

- Konsentrasi: C (dalam g/ml atau molariti)

Kelebihan dan kekurangan

Polarimeter adalah instrumen makmal yang sangat berguna di pelbagai bidang dan setiap jenis polarimeter mempunyai kelebihan mengikut penggunaan yang akan diberikan.

Kelebihan teknik itu sendiri adalah bahawa ia adalah ujian yang tidak memusnahkan dan sesuai ketika menganalisis wajah, berharga atau atas sebab tertentu mereka tidak boleh menggandakan. Walau bagaimanapun, polarimetri tidak terpakai bagi mana -mana bahan, hanya kepada mereka yang mempunyai aktiviti optik atau bahan Quirals, kerana mereka juga dikenali.

Juga perlu untuk mempertimbangkan bahawa kehadiran kekotoran memperkenalkan kesilapan dalam hasilnya.

Sudut putaran yang dihasilkan oleh bahan yang dianalisis adalah selaras dengan ciri -cirinya: jenis molekul, kepekatan larutan dan bahkan pelarut yang digunakan. Untuk mendapatkan semua data ini, anda perlu tahu dengan tepat panjang gelombang cahaya yang digunakan, suhu dan panjang bekas pemegang-sampel.

Ketepatan yang dikehendaki untuk menganalisis sampel adalah tegas ketika memilih peralatan yang sesuai. Dan kosnya juga.

Kelebihan dan kekurangan polarimeter manual

- Mereka biasanya lebih murah, walaupun terdapat versi digital yang rendah juga. Bagi ini terdapat banyak tawaran.

- Mereka sesuai untuk digunakan dalam makmal pengajaran dan sebagai latihan, kerana mereka membantu pengendali membiasakan dirinya dengan aspek teori dan praktikal teknik.

Ia boleh melayani anda: asid periódic (HIO4): Apakah, struktur, sifat, kegunaan

- Mereka hampir selalu menjadi penyelenggaraan yang rendah.

- Mereka tahan dan tahan lama.

- Membaca ukurannya sedikit lebih susah payah, terutamanya jika bahan yang dianalisis adalah kuasa putar yang rendah, jadi pengendali biasanya khusus peribadi.

Kelebihan dan Kekurangan Polarimeter Automatik dan Digital

- Mereka mudah untuk memanipulasi dan membaca, mereka tidak memerlukan kakitangan khusus untuk operasi mereka.

- Polarimeter digital dapat mengeksport data ke pencetak atau peranti penyimpanan.

- Polarimeter automatik memerlukan masa pengukuran yang kurang (sekitar 1 saat).

- Mereka mempunyai pilihan untuk mengukur selang waktu.

- Pengesan fotoelektrik membolehkan menganalisis bahan dengan kuasa berputar yang rendah.

- Mengawal suhu dengan cekap, parameter yang paling mempengaruhi pengukuran.

- Beberapa model mahal.

- Mereka memerlukan penyelenggaraan.

Aplikasi

Polarimetri mempunyai sebilangan besar aplikasi, seperti yang dinyatakan pada awal. Kawasan -kawasan yang pelbagai dan sebatian yang akan dianalisis juga boleh menjadi organik dan bukan organik. Adalah sebahagian daripada mereka:

- Dalam kawalan kualiti farmaseutikal, membantu menentukan bahan yang digunakan dalam pembuatan ubat -ubatan mempunyai kepekatan dan kesucian yang sesuai.

- Untuk kawalan kualiti industri makanan, menganalisis kesucian gula, serta kandungannya dalam minuman dan gula -gula. Polarimeter yang digunakan dengan cara ini juga dipanggil Sacrement dan gunakan skala tertentu, berbeza dengan yang digunakan dalam aplikasi lain: skala ºZ.

Rajah 7. Kualiti kandungan gula dalam wain dan jus buah dilakukan oleh polarimetri. Sumber: Pixabay.

- Juga dalam teknologi makanan ia digunakan untuk mencari kandungan kanji sampel.

- Dalam astrofizik, polarimetri digunakan untuk menganalisis polarisasi cahaya di bintang -bintang dan kajian medan magnet yang terdapat dalam persekitaran astronomi dan peranan mereka dalam dinamik bintang.

- Polarimetri berguna dalam pengesanan pandangan pandangan.

- Dalam peranti penderiaan jarak jauh satelit untuk pemerhatian kapal di lautan yang tinggi, kawasan pencemaran di tengah -tengah lautan atau di darat, terima kasih kepada pengambilan gambar kontras yang tinggi.

- Industri kimia menggunakan polarimetri untuk membezakan antara Isomer optik. Bahan -bahan ini mempunyai sifat kimia yang sama, kerana molekul mereka mempunyai komposisi dan struktur yang sama, tetapi satu adalah imej cermin yang lain.

Isomer optik berbeza dengan cara mereka memolarisasi cahaya (enantiomer): isomer melakukannya ke kiri (levógiro) dan yang lain ke kanan (dextrogyry), selalu dari sudut pandangan pemerhati.

Rujukan

1. AGS Analytical. Apa itu polarimeter untuk?. Diperolehi dari: agsanalitica.com.
2. Chang, R. Kimia. 2013. Edisi Kesebelas. McGraw Hill.
3. Gavira, J. Polarimetri. Diperolehi dari: Triplenlace.com.
4. Instrumen saintifik. Polarimeter. Pulih dari: uv.adalah.
5. Universiti Politeknik Valencia. Permohonan polarimetri ke
   Penentuan kesucian gula. Pulih dari: riunet.UPV.adalah.