POLARIMETRY: MAKATUWIRAN, URI, APLIKASYON, KALAMANGAN AT KAWALAN - CHEMISTRY - 2025

Ang polarimetry sumusukat sa pag-ikot ng isang polarized light beam undergoes kapag ito ay ipinapasa sa pamamagitan ng isang optically aktibong sangkap na maaaring maging isang glass (hal turmalin) o isang asukal solusyon.

Ito ay isang simpleng pamamaraan, na kabilang sa mga optical na pamamaraan ng pagsusuri at may maraming mga aplikasyon, lalo na sa industriya ng kemikal at agri-pagkain upang matukoy ang konsentrasyon ng mga solusyon sa asukal.

Larawan 1. Digital na awtomatikong polarimeter. Pinagmulan: Wikimedia Commons. A.KRÜSS Optronic GmbH, http://www.kruess.com/labor/produkte/polarimeter

Batayan

Ang pisikal na pundasyon ng pamamaraang ito ay naninirahan sa mga katangian ng ilaw bilang isang electromagnetic wave, na binubuo ng isang electric at magnetic field na gumagalaw sa magkatulad na direksyon.

Ang mga electromagnetic na alon ay transverse, na nangangahulugang ang mga patlang na ito, sa turn, ay magpapalaganap sa direksyon patayo sa kanila, ayon sa figure 2.

Gayunpaman, dahil ang patlang ay binubuo ng maraming mga tren ng tren na nagmula sa bawat atom, at ang bawat isa ay oscillating sa iba't ibang direksyon, natural na ilaw o mula sa isang maliwanag na bombilya ng maliwanag na maliwanag na ilaw ay hindi na-polarado.

Sa kaibahan, kapag ang mga pag-oscillation ng bukid ay nangyayari sa isang kagustuhan na direksyon, ang ilaw ay sinasabing polarado. Ito ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pagpapaalam sa light beam na dumaan sa ilang mga sangkap na may kakayahang harangan ang mga hindi ginustong mga bahagi at pinapayagan lamang ang isang partikular na dumaan.

Larawan 2. Animation ng isang electromagnetic field na nagkakalat kasama ang x axis. Pinagmulan: Wikimedia Commons. And1mu.

Kung bilang karagdagan ang ilaw na alon ay binubuo ng isang solong haba ng haba, mayroon kaming isang guhit na polarized monochromatic beam.

Ang mga materyales na kumikilos bilang mga filter upang maisagawa ito ay tinatawag na polarizers o analyzer. At may mga sangkap na tumugon sa polarized na ilaw, umiikot ang eroplano ng polariseysyon. Kilala sila bilang mga aktibong aktibong sangkap, halimbawa mga sugars.

Mga uri ng polarimeter

Sa pangkalahatan, ang mga polarimeter ay maaaring: manu-manong, awtomatiko at semi-awtomatiko at digital.

Mga manual

Ang mga manu-manong polarimeter ay ginagamit sa mga lab ng pagtuturo at maliit na mga laboratoryo, habang ang mga awtomatiko ay ginustong kapag kinakailangan ang isang malaking bilang ng mga pagsukat, dahil pinaliit nila ang oras na ginugol sa pagsukat.

Awtomatiko at digital

Ang awtomatiko at digital na mga modelo ay may isang photoelectric detector, isang sensor na nagpapalabas ng tugon sa pagbabago ng ilaw at lubos na pinatataas ang katumpakan ng mga sukat. Mayroon ding mga nag-aalok ng pagbabasa sa isang digital screen, napakadaling patakbuhin.

Upang mailarawan ang pangkalahatang operasyon ng isang polarimeter, isang manu-manong uri ng optical ang inilarawan sa ibaba.

Ang operasyon at mga bahagi

Ang isang pangunahing polarimeter ay gumagamit ng dalawang prolusyon ng Nicol o mga sheet ng Polaroid, kung saan matatagpuan ang matatagpuan na optically aktibong sangkap na masuri.

Si William Nicol (1768-1851) ay isang pisisista na taga-Scotland na nag-alok ng halos lahat ng kanyang karera sa instrumento. Gamit ang isang kristal ng calcite o Iceland spar, isang mineral na may kakayahang maghati ng isang light light beam, nilikha ni Nicol ang isang prisma noong 1828 na maaaring makuha ang polarized na ilaw. Malawakang ginagamit ito sa pagtatayo ng mga polarimeters.

Larawan 4. Birefringent calcite crystal. Pinagmulan: Wikimedia Commons. APN MJM.

Ang mga pangunahing bahagi ng isang polarimeter ay:

- Ang ilaw na mapagkukunan. Karaniwan ang isang sosa, tungsten o mercury vapor lamp, na ang haba ng haba ay kilala.

- Mga Polarizer. Ang mga matatandang modelo ay ginamit ang mga prismo ng Nicol, samantalang ang mas modernong bago ay karaniwang gumagamit ng mga sheet ng Polaroid, na gawa sa mga molekulang pang-chain chain na may mga yodo ng yodo.

- Isang sample na may-hawak. Kung saan ang sangkap na susuriin ay inilalagay, na ang haba ay variable, ngunit eksaktong kilala.

- Isang eyepiece at mga tagapagpahiwatig na ibinigay ng mga antas ng vernier. Para sa tagamasid na tumpak na sukatin ang rotational power ng sample. Ang mga awtomatikong modelo ay may mga sensor ng photoelectric.

- Bilang karagdagan, ang mga tagapagpahiwatig ng temperatura at haba ng haba. Dahil ang rotational power ng maraming sangkap ay nakasalalay sa mga parameter na ito.

Larawan 5. Scheme ng isang manu-manong polarimeter. Pinagmulan: Chang, R. Chemistry.

Laurent Polarimeter

Sa pamamaraang inilarawan mayroong isang maliit na disbentaha kapag inaayos ng tagamasid ang minimum na ilaw, dahil ang mata ng tao ay hindi may kakayahang makita ang napakaliit na pagkakaiba-iba sa ningning.

Upang malunasan ang problemang ito, nagdaragdag ang polarimeter ng Laurent ng isang kalahating haba ng haba ng retering ng kalahating sheet, na gawa sa materyal na birefringent.

Sa ganitong paraan, ang tagamasid ay may dalawa o tatlong katabing mga rehiyon na may iba't ibang ningning, na tinatawag na mga patlang, sa manonood. Ginagawa nitong mas madali para sa mata na makilala ang mga antas ng ilaw.

Mayroon kang pinaka-tumpak na pagsukat kapag ang analyzer ay nakabukas sa paraang ang lahat ng mga patlang ay pantay na malabo.

Larawan 6. Manu-manong pagbabasa ng polarimeter. Pinagmulan: F. Zapata.

Batas ng Biot

Ang batas ng Biot ay nauugnay ang rotary power α ng isang optical active na sangkap, na sinusukat sa mga sexagesimal degree, na may konsentrasyon c ng nasabing sangkap - kapag ito ay isang solusyon- at ang geometry ng optical system.

Ito ang dahilan kung bakit inilalagay ang diin sa paglalarawan ng polarimeter, na ang mga halaga ng haba ng haba ng haba ng ilaw at ng haligi ng sample ay kailangang malaman.

Ang pare-pareho ng proporsyonalidad ay ipinapahiwatig at tinatawag na tiyak na rotational power ng solusyon. Ito ay nakasalalay sa haba ng haba ng haba ng insidente at ang temperatura ng T ng sample. Ang mga halaga ng karaniwang ay naka-tabulated sa 20 ° C para sa sodium light, partikular, na ang haba ng haba ng haba ay 589.3 nm.

Nakasalalay sa uri ng compound na masuri, ang batas ng Biot ay tumatagal ng iba't ibang anyo:

- Mga optikong aktibong solido: α = .ℓ

- Mga purong likido: α =. ℓ.ρ

- Mga solusyon sa mga solute na may optical na aktibidad: α =. ℓ.c

- Mga halimbawa na may maraming mga aktibong aktibong sangkap: at _ako

Gamit ang sumusunod na karagdagang dami at kanilang mga yunit:

- Haba ng sample na may-hawak: ℓ (sa mm para sa solido at dm para sa likido)

- Density ng likido: ρ (sa g / ml)

- Konsentrasyon: c (sa g / ml o molarity)

Mga kalamangan at kawalan

Ang mga polarimeter ay napaka-kapaki-pakinabang na mga instrumento sa laboratoryo sa iba't ibang mga lugar at ang bawat uri ng polarimeter ay may pakinabang ayon sa inilaan nitong paggamit.

Ang isang mahusay na bentahe ng pamamaraan mismo ay ito ay isang hindi mapanirang pagsubok, naaangkop kapag pinag-aaralan ang mahal, mahalagang halimbawa o na sa ilang kadahilanan ay hindi maaaring madoble. Gayunpaman, ang polarimetry ay hindi nalalapat sa anumang sangkap, sa mga may optical na aktibidad o mga chiral na sangkap, dahil kilala rin ito.

Kinakailangan din na isaalang-alang na ang pagkakaroon ng mga impurities ay nagpapakilala ng mga pagkakamali sa mga resulta.

Ang anggulo ng pag-ikot na ginawa ng nasuri na sangkap ay naaayon sa mga katangian nito: ang uri ng molekula, ang konsentrasyon ng solusyon at maging ang solvent na ginamit. Upang makuha ang lahat ng mga data na ito, kinakailangan na malaman nang eksakto ang haba ng haba ng ilaw na ginamit, ang temperatura at ang haba ng lalagyan ng sample na may hawak.

Ang katumpakan na nais mong pag-aralan ang sample ay mapagpasyahan kapag pumipili ng isang naaangkop na kagamitan. At ang gastos din nito.

Mga kalamangan at kawalan ng manu-manong polarimeter

- Malamang ang mga ito ay mas mura, kahit na may mga mababang bersyon ng digital na rin. Tulad ng tungkol dito ay may maraming alok.

- Ang mga ito ay angkop para magamit sa pagtuturo sa mga laboratoryo at bilang pagsasanay, sapagkat tinutulungan nila ang operator na maging pamilyar sa teoretikal at praktikal na mga aspeto ng pamamaraan.

- Halos palaging laging mababa ang pagpapanatili.

- Ang mga ito ay lumalaban at matibay.

- Ang pagbabasa ng pagsukat ay medyo mas matrabaho, lalo na kung ang sangkap na masuri ay may mababang pag-ikot na kapangyarihan, samakatuwid ang operator ay kadalasang dalubhasa.

Mga kalamangan at kawalan ng awtomatikong at digital na mga polimeter

- Madali silang hawakan at basahin, hindi sila nangangailangan ng dalubhasang mga tauhan para sa kanilang operasyon.

- Ang digital na polarimeter ay maaaring i-export ang data sa printer o imbakan na aparato.

- Ang mga awtomatikong polarimeter ay nangangailangan ng mas kaunting oras sa pagsukat (sa paligid ng 1 segundo).

- Mayroon silang mga pagpipilian upang masukat sa pamamagitan ng mga agwat.

- Pinapayagan ng detektor ng photoelectric na pag-aralan ang mga sangkap na may mababang pag-ikot na kapangyarihan.

- Mahusay na kontrolin ang temperatura, ang parameter na pinaka-nakakaimpluwensya sa pagsukat.

- Ang ilang mga modelo ay mahal.

- Nangangailangan sila ng pagpapanatili.

Aplikasyon

Ang Polarimetry ay may isang malaking bilang ng mga aplikasyon, tulad ng nabanggit sa simula. Ang mga lugar ay magkakaiba at ang mga compound na susuriin ay maaaring maging organic at tulagay din. Ito ang ilan sa mga ito:

- Sa kontrol ng kalidad ng parmasyutiko, na tumutulong upang matukoy na ang mga sangkap na ginamit sa paggawa ng mga gamot ay may naaangkop na konsentrasyon at kadalisayan.

- Para sa kalidad ng kontrol ng industriya ng pagkain, pag-aralan ang kadalisayan ng asukal, pati na rin ang nilalaman nito sa mga inumin at Matamis. Ang mga pulitiko na ginamit sa ganitong paraan ay tinatawag ding saccharimeter at gumamit ng isang partikular na sukat, naiiba sa ginamit sa iba pang mga aplikasyon: ang scale ng ºZ.

Larawan 7. Ang kalidad na kontrol ng nilalaman ng asukal sa mga alak at mga fruit juice ay isinasagawa ng polarimetry. Pinagmulan: Pixabay.

- Gayundin sa teknolohiya ng pagkain ito ay ginagamit upang mahanap ang nilalaman ng almirol ng isang sample.

- Sa astrophysics, ginagamit ang polarimetry upang pag-aralan ang polariseysyon ng ilaw sa mga bituin at pag-aralan ang mga magnetikong larangan na naroroon sa mga kapaligiran ng astronomya at ang kanilang papel sa mga stellar dinamics.

- Ang Polarimetry ay kapaki-pakinabang sa pagtuklas ng mga sakit sa mata.

- Sa mga satellite remote sensing aparato para sa pagmamasid ng mga barko sa mataas na dagat, mga lugar ng polusyon sa gitna ng karagatan o sa lupa, salamat sa pagkuha ng mga imahe na may mataas na kaibahan.

- Ang industriya ng kemikal ay gumagamit ng polarimetry upang makilala sa pagitan ng mga optical isomer. Ang mga sangkap na ito ay may magkatulad na mga katangian ng kemikal, dahil ang kanilang mga molekula ay may parehong komposisyon at istraktura, ngunit ang isa ay isang imahe ng salamin ng iba pa.

Ang mga optical isomer ay naiiba sa paraan ng pag-polar ng ilaw (enantiomers): ginagawa ng isang isomer sa kaliwa (kaliwa) at ang iba pa sa kanan (kanang kamay), palagi mula sa pananaw ng tagamasid.

1. Analytical ng AGS. Ano ang isang polarimeter para sa? Nabawi mula sa: agsanalitica.com.
2. Chang, R. Chemistry. 2013. labing-isang edisyon. McGraw Hill.
3. Gavira, J. Polarimetry. Nabawi mula sa: triplenlace.com.
4. Mga instrumentong pang-agham. Mga Polarimeter. Nabawi mula sa: uv.es.
5. Pamantasan ng Polytechnic ng Valencia. Paglalapat ng polarimetry sa
   pagtukoy ng kadalisayan ng isang asukal. Nabawi mula sa: riunet.upv.es.