ПОЛАРИМЕТРИЈА: ОБРАЗЛОЖЕЊЕ, ВРСТЕ, ПРИМЕНЕ, ПРЕДНОСТИ И НЕДОСТАЦИ - ХЕМИЈА - 2026

Полариметрија мери ротацију поларизоване светлости снопа подухватима када је пролази кроз оптички активном супстанцом која може бити чашу (нпр турмалин) или раствором шећера.

То је једноставна техника, која припада оптичким методама анализе и са бројним примјенама, посебно у хемијској и пољопривредно-прехрамбеној индустрији за одређивање концентрације слатких раствора.

Слика 1. Дигитални аутоматски полариметар. Извор: Викимедиа Цоммонс. А.КРУСС Оптрониц ГмбХ, хттп://ввв.круесс.цом/лабор/продукте/полариметар

Основе

Физички основ ове технике налази се у својствима светлости као електромагнетног таласа, који се састоји од електричног и магнетног поља који се крећу у међусобно окомитим смеровима.

Електромагнетни таласи су попречни, што значи да се та поља, заузврат, шире у правцу окомитом на њих, према слици 2.

Међутим, будући да се поље састоји од многобројних таласних возова који долазе из сваког атома, а сваки осцилира у различитим правцима, природна светлост или она која долази из жаруље са жарном нити није поларизована.

Супротно томе, када се осцилације поља јављају у преференцијалном правцу, каже се да је светлост поларизована. То се може постићи пуштањем светлосног снопа кроз одређене супстанце које могу блокирати нежељене компоненте и допуштајући да прође кроз њих само један.

Слика 2. Анимација електромагнетног поља које се шири дуж оси к. Извор: Викимедиа Цоммонс. Анд1му.

Ако се светлосни талас такође састоји од једне таласне дужине, имамо линеарно поларизовани једнобојни сноп.

Материјали који делују као филтери да би се то постигло називају се поларизатори или анализатори. А постоје супстанце које реагују на поларизовану светлост, ротирајући равнину поларизације. Познате су као оптички активне супстанце, на пример шећери.

Врсте полариметра

Опћенито, полариметри могу бити: ручни, аутоматски и полуаутоматски и дигитални.

Приручници

Ручни полариметри се користе у учионицама и малим лабораторијама, док се аутоматски преферирају када је потребан велики број мерења, јер смањују време проведено на мерењу.

Аутоматски и дигитални

Аутоматски и дигитални модели долазе са фотоелектричним детектором, сензором који одашиље реакцију на промјену свјетлости и значајно повећава прецизност мјерења. Постоје и они који нуде читање на дигиталном екрану, јер су врло једноставни за руковање.

Да би илустровао општи рад полариметра, доле је описан ручни оптички тип.

Рад и делови

Основни полариметар користи две Ницол призме или полароидне плоче, између којих се налази оптички активна супстанца која се анализира.

Виллиам Ницол (1768-1851) био је шкотски физичар који је добар део своје каријере посветио инструментацији. Користећи кристал калцита или исландску спару, минерал који је способан да цепи сноп светлости, Ницол је 1828. створио призму са којом се може добити поларизована светлост. Широко се користио у изградњи полариметара.

Слика 4. Бирефрингентни кристал калцита. Извор: Викимедиа Цоммонс. АПН МЈМ

Главни делови полариметра су:

- Извор светлости. Генерално натријум-лампа са натријумом, волфрамовом или живом, чија таласна дужина је позната.

- Поларизери. Старији модели су користили Ницол призме, док модернији обично користе полароидне плоче, израђене од дуголанчаних молекула угљоводоника са атомима јода.

- Држач узорка. Тамо где се налази супстанца која се анализира, чија је дужина променљива, али тачно се зна.

- окулар и индикатори опремљени верниер вагама. Да би посматрач тачно измерио ротациону снагу узорка. Аутоматски модели имају фотоелектричне сензоре.

- Поред тога, индикатори температуре и таласне дужине. Пошто снага ротације многих супстанци зависи од ових параметара.

Слика 5. Схема ручног полариметра. Извор: Цханг, Р. Хемија.

Лаурент Полариметер

У описаном поступку постоји мали недостатак када посматрач подешава минимум светлости, јер људско око није способно да детектује веома мале варијације светлости.

Да би решио овај проблем, полариметар Лаурент додаје пола таласа за задржавање таласне дужине, направљен од двосветлећег материјала.

На тај начин посматрач у гледаоцу има две или три суседне области различите светлости, које се зову поља. То олакшава око за разликовање нивоа светлости.

Имате најтачније мерење када је анализатор окренут на такав начин да су сва поља подједнако затамњена.

Слика 6. Ручно очитавање полариметра. Извор: Ф. Запата.

Биотов закон

Биотов закон повезује ротациону снагу α оптички активне супстанце, мерено у секасно-минималним степенима, са концентрацијом ц те супстанце - када је то раствор - и геометријом оптичког система.

Због тога је нагласак стављен у опис полариметра, да морају бити познате вредности таласне дужине светлости и тачке држача узорка.

Константа пропорционалности је означена и назива се специфична ротациона снага раствора. Зависи од таласне дужине λ падајуће светлости и температуре Т узорка. Вредности се обично табулишу на 20 ° Ц за натријум светлост, тачно чија је таласна дужина 589,3 нм.

Зависно од врсте једињења које се анализира, Биотов закон поприма различите облике:

- Оптички активне чврсте материје: α = .ℓ

- Чиста течност: α =. ℓ.ρ

- Раствори са растворенима који имају оптичку активност: α =. ℓ.ц

- Узорци са неколико оптички активних компоненти: ∑α _и

Са следећим додатним количинама и њиховим јединицама:

- Дужина држача узорка: ℓ (у мм за чврсте материје и дм за течности)

- Густина течности: ρ (у г / мл)

- Концентрација: ц (у г / мл или моларност)

Предности и мане

Полариметри су веома корисни лабораторијски инструменти у разним областима и свака врста полариметра има предности у складу са наменом коришћења.

Велика предност саме технике је та што је то неразорни тест, погодан за анализу скупих, вредних узорака или из неког разлога који се не може копирати. Међутим, полариметрија није применљива ни на једну супстанцу, само на оне које имају оптичку активност или киралне супстанце, као што су и познате.

Такође је потребно узети у обзир да присуство нечистоћа уноси грешке у резултате.

Угао ротације који производи анализирана супстанца је у складу са њеним карактеристикама: тип молекула, концентрација раствора, па чак и коришћени растварач. Да бисте добили све ове податке, потребно је тачно знати таласну дужину светлости, температуру и дужину контејнера за држач узорка.

Прецизност којом желите да анализирате узорак је пресудна при одабиру одговарајуће опреме. И то кошта.

Предности и недостаци ручног полариметра

- Обично су јефтинији, мада постоје и јефтине дигиталне верзије. Што се тога тиче, постоји много понуда.

- Погодни су за употребу у наставним лабораторијама и као обука, јер помажу руковаоцу да се упозна са теоријским и практичним аспектима технике.

- Готово увек имају мало одржавања.

- Отпорни су и издржљиви.

- Читање мерења је мало напорније, поготово ако супстанца која се анализира има малу ротацијску снагу, па је оператер обично специјално особље.

Предности и недостаци аутоматских и дигиталних полариметра

- Једноставни су за руковање и читање, за њихов рад не треба стручно особље.

- Дигитални полариметар може извести податке на штампач или уређај за чување података.

- Аутоматски полариметри захтевају мање времена за мерење (око 1 секунде).

- Имају могућности мерења у интервалима.

- Фотоелектрични детектор омогућава анализу супстанци мале снаге ротације.

- Ефикасно контролирајте температуру, параметар који највише утиче на мјерење.

- Неки модели су скупи.

- Захтевају одржавање.

Апликације

Полариметрија има велики број примена, као што је споменуто на почетку. Подручја су разнолика, а једињења која се анализирају могу бити и органска и неорганска. Ово су неке од њих:

- У контроли квалитета фармацеутских производа, помажући да се утврди да супстанце које се користе у производњи лекова имају одговарајућу концентрацију и чистоћу.

- за контролу квалитета прехрамбене индустрије, анализу чистоће шећера, као и његов садржај у пићима и слаткишима. Полариметри који се користе на овај начин се такође називају сахариметри и користе се одређена скала, различита од оне која се користи у другим применама: ºЗ скала.

Слика 7. Контрола квалитета садржаја шећера у винима и воћним соковима врши се полариметријом. Извор: Пикабаи.

- Такође се у прехрамбеној технологији користи да се нађе садржај скроба у узорку.

- У астрофизици се полариметрија користи за анализу поларизације светлости у звездама и за проучавање магнетних поља присутних у астрономским окружењима и њихове улоге у звјезданој динамици.

- Полариметрија је корисна у откривању очних болести.

- У сателитским даљинским сензорима за посматрање бродова у отвореном мору, подручја загађења усред океана или на копну, захваљујући снимању слика са високим контрастом.

- Хемијска индустрија користи полариметрију да разликује оптичке изомере. Ове материје имају идентична хемијска својства, јер њихови молекули имају исти састав и структуру, али један је зрцална слика другог.

Оптички изомери се разликују у начину на који поларизирају светлост (енантиомери): један изомер то чини лево (левичар), а други десно (десничар), увек са посматрачке тачке гледишта.

1. АГС Аналитицал. Чему служи полариметар? Опоравак од: агсаналитица.цом.
2. Цханг, Р. Хемија. 2013. Једанаесто издање. МцГрав Хилл.
3. Гавира, Ј. Полариметрија. Опоравак од: трипленлаце.цом.
4. Научни инструменти. Полариметри. Опоравак од: ув.ес.
5. Политехнички универзитет у Валенсији. Примјена полариметрије за
   одређивање чистоће шећера. Опоравак од: риунет.упв.ес.