POLARIMETRI: RASIONAL, JENIS, APLIKASI, KELEBIHAN DAN KEKURANGAN - KIMIA - 2026

The polarimetri mengukur putaran yang polarized menjalani rasuk cahaya apabila ia melalui bahan aktif dari segi optik yang mungkin kaca (mis tourmaline) atau larutan gula.

Ini adalah teknik sederhana, termasuk dalam kaedah analisis optik dan dengan banyak aplikasi, terutama dalam industri kimia dan pertanian untuk menentukan kepekatan larutan gula.

Rajah 1. Polarimeter automatik digital. Sumber: Wikimedia Commons. A.KRÜSS Optronic GmbH, http://www.kruess.com/labor/produkte/polarimeter

Asas

Asas fizikal teknik ini terletak pada sifat cahaya sebagai gelombang elektromagnetik, yang terdiri daripada elektrik dan medan magnet yang bergerak dalam arah yang saling tegak lurus.

Gelombang elektromagnetik melintang, yang bermaksud bahawa medan ini, pada gilirannya, merambat ke arah tegak lurus ke arahnya, menurut gambar 2.

Namun, kerana medan ini terdiri dari banyak kereta api gelombang yang berasal dari setiap atom, dan masing-masing berayun ke arah yang berbeza, cahaya semula jadi atau yang datang dari bola lampu pijar tidak terpolarisasi.

Sebaliknya, ketika ayunan medan terjadi dalam arah keutamaan, cahaya dikatakan terpolarisasi. Ini dapat dicapai dengan membiarkan pancaran cahaya melewati zat-zat tertentu yang mampu menyekat komponen yang tidak diingini dan hanya membenarkan satu sahaja melewati.

Rajah 2. Animasi medan elektromagnetik yang merambat di sepanjang paksi x. Sumber: Wikimedia Commons. Dan1mu.

Sekiranya sebagai tambahan gelombang cahaya terdiri daripada panjang gelombang tunggal, kita mempunyai sinar monokromatik terpolarisasi linear.

Bahan yang bertindak sebagai penapis untuk mencapainya disebut polarisasi atau penganalisis. Dan ada bahan yang bertindak balas terhadap cahaya terpolarisasi, memutarkan satah polarisasi. Mereka dikenali sebagai bahan aktif optik, contohnya gula.

Jenis-jenis polarimeter

Secara umum, polarimeter boleh: manual, automatik dan separa automatik dan digital.

Manual

Polarimeter manual digunakan di makmal pengajaran dan makmal kecil, sementara yang automatik lebih disukai apabila diperlukan sejumlah besar ukuran, kerana meminimumkan masa yang dihabiskan untuk pengukuran.

Automatik dan digital

Model automatik dan digital dilengkapi dengan pengesan fotolistrik, sensor yang memancarkan tindak balas terhadap perubahan cahaya dan meningkatkan ketepatan pengukuran. Terdapat juga yang menawarkan pembacaan pada skrin digital, sangat mudah dikendalikan.

Untuk menggambarkan operasi umum polarimeter, jenis optik manual dijelaskan di bawah.

Operasi dan bahagian

Polarimeter asas menggunakan dua kepingan Nicol atau kepingan Polaroid, di mana bahan aktif optik yang akan dianalisis berada.

William Nicol (1768-1851) adalah seorang ahli fizik Scotland yang menumpukan sebahagian besar kariernya untuk instrumen. Dengan menggunakan kristal kalsit atau spar Iceland, mineral yang mampu membelah sinar cahaya, Nicol mencipta pada tahun 1828 sebuah prisma dengan cahaya terpolarisasi dapat diperoleh. Ia digunakan secara meluas dalam pembinaan polarimeter.

Rajah 4. Kristal kalsit Birefringent. Sumber: Wikimedia Commons. APN MJM.

Bahagian utama polarimeter adalah:

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

- Polarisasi. Model lama menggunakan prisma Nicol, sementara model yang lebih moden biasanya menggunakan kepingan Polaroid, yang terbuat dari molekul hidrokarbon rantai panjang dengan atom yodium.

- Pemegang sampel. Di mana bahan yang akan dianalisis diletakkan, yang panjangnya berubah-ubah, tetapi diketahui dengan tepat.

- Cermin mata dan penunjuk yang dilengkapi dengan skala vernier. Agar pemerhati dapat mengukur daya putaran sampel dengan tepat. Model automatik mempunyai sensor fotolistrik.

- Selain itu, penunjuk suhu dan panjang gelombang. Oleh kerana daya putaran banyak bahan bergantung pada parameter ini.

Rajah 5. Skema polarimeter manual. Sumber: Chang, R. Kimia.

Polarimeter Laurent

Dalam prosedur yang dijelaskan terdapat ketidakselesaan kecil ketika pemerhati menyesuaikan minimum cahaya, kerana mata manusia tidak mampu mengesan variasi cahaya yang sangat kecil.

Untuk mengatasi masalah ini, polarimeter Laurent menambah panjang separuh gelombang yang melambatkan separuh kepingan, terbuat dari bahan birefringent.

Dengan cara ini, pemerhati mempunyai dua atau tiga kawasan bersebelahan dengan cahaya yang berlainan, yang disebut medan, pada pemidang. Ini memudahkan mata membezakan tahap cahaya.

Anda mempunyai ukuran yang paling tepat apabila penganalisis dihidupkan sedemikian rupa sehingga semua bidang sama samar.

Rajah 6. Bacaan manual polarimeter. Sumber: F. Zapata.

Undang-undang Biot

Undang-undang Biot mengaitkan daya putar α zat aktif optik, diukur dalam tahap seksagesimal, dengan kepekatan c bahan tersebut - ketika itu adalah penyelesaian - dan geometri sistem optik.

Inilah sebabnya mengapa penekanan diberikan dalam deskripsi polarimeter, bahawa nilai panjang gelombang cahaya dan nilai pemegang sampel harus diketahui.

Pemalar berkadar dilambangkan dan disebut kuasa putaran khusus bagi penyelesaian. Ia bergantung pada panjang gelombang λ cahaya cahaya dan suhu T sampel. Nilai biasanya dijadualkan pada 20 ° C untuk cahaya natrium, khususnya, yang panjang gelombang 589.3 nm.

Bergantung pada jenis sebatian yang akan dianalisis, undang-undang Biot mengambil pelbagai bentuk:

- Pepejal aktif optik: α = .ℓ

- Cecair tulen: α =. ℓ.ρ

- Penyelesaian dengan zat terlarut yang mempunyai aktiviti optik: α =. ℓ.c

- Sampel dengan beberapa komponen aktif optik: ∑α _i

Dengan jumlah dan unit tambahan berikut:

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

- Ketumpatan cecair: ρ (dalam g / ml)

- Kepekatan: c (dalam g / ml atau molariti)

Kelebihan dan kekurangan

Polarimeter adalah instrumen makmal yang sangat berguna di pelbagai kawasan dan setiap jenis polarimeter mempunyai kelebihan sesuai dengan tujuan penggunaannya.

Kelebihan besar dari teknik itu sendiri adalah bahawa ia adalah ujian yang tidak merosakkan, sesuai ketika menganalisis sampel yang mahal dan berharga atau kerana sebab tertentu tidak dapat diduplikasi. Walau bagaimanapun, polarimetri tidak berlaku untuk bahan apa pun, hanya pada bahan yang memiliki aktivitas optik atau bahan kiral, karena juga diketahui.

Juga perlu dipertimbangkan bahawa kehadiran kekotoran menimbulkan kesalahan dalam hasilnya.

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

Ketepatan dengan mana anda ingin menganalisis sampel sangat menentukan ketika memilih peralatan yang sesuai. Dan kosnya juga.

Kelebihan dan kekurangan polarimeter manual

- Mereka cenderung lebih murah, walaupun ada versi digital murah juga. Untuk ini terdapat banyak tawaran.

- Mereka sesuai digunakan di makmal pengajaran dan sebagai latihan, kerana mereka membantu operator untuk membiasakan diri dengan aspek teori dan praktikal teknik ini.

- Penyelenggaraan mereka hampir selalu rendah.

- Mereka tahan dan tahan lama.

- Membaca pengukuran sedikit lebih menyusahkan, terutama jika bahan yang akan dianalisis mempunyai daya putaran yang rendah, oleh itu pengendali biasanya merupakan tenaga khas.

Kelebihan dan kekurangan polarimeter automatik dan digital

- Mereka mudah dikendalikan dan dibaca, mereka tidak memerlukan kakitangan khusus untuk operasi mereka.

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

- Polarimeter automatik memerlukan lebih sedikit masa pengukuran (sekitar 1 saat).

- Mereka mempunyai pilihan untuk mengukur mengikut selang waktu.

- Pengesan fotolistrik memungkinkan untuk menganalisis bahan dengan daya putaran rendah.

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

- Beberapa model mahal.

- Mereka memerlukan penyelenggaraan.

Permohonan

Polarimetri memiliki sejumlah besar aplikasi, seperti yang disebutkan di awal. Kawasannya pelbagai dan sebatian yang akan dianalisis juga boleh menjadi organik dan bukan organik. Ini adalah beberapa di antaranya:

- Dalam kawalan kualiti farmasi, membantu menentukan bahawa bahan yang digunakan dalam pembuatan ubat mempunyai kepekatan dan kemurnian yang sesuai.

- Untuk kawalan kualiti industri makanan, menganalisis ketulenan gula, serta kandungannya dalam minuman dan gula-gula. Polarimeter yang digunakan dengan cara ini juga disebut sakarimeter dan menggunakan skala tertentu, berbeza dari yang digunakan dalam aplikasi lain: skala ºZ.

Rajah 7. Pengawalan kualiti kandungan gula dalam wain dan jus buah dilakukan secara polarimetri. Sumber: Pixabay.

- Juga dalam teknologi makanan digunakan untuk mencari kandungan pati sampel.

- Dalam astrofizik, polarimetri digunakan untuk menganalisis polarisasi cahaya dalam bintang dan untuk mengkaji medan magnet yang ada di persekitaran astronomi dan peranannya dalam dinamika bintang.

- Polarimetri berguna dalam mengesan penyakit mata.

- Dalam alat penginderaan jauh satelit untuk mengamati kapal di laut lepas, kawasan pencemaran di tengah lautan atau di darat, berkat pengambilan gambar dengan kontras tinggi.

- Industri kimia menggunakan polarimetri untuk membezakan antara isomer optik. Bahan-bahan ini mempunyai sifat kimia yang sama, kerana molekulnya mempunyai komposisi dan struktur yang sama, tetapi satu adalah gambaran cermin yang lain.

Isomer optik berbeza dalam cara mereka mempolarisasi cahaya (enantiomer): satu isomer melakukannya ke kiri (tangan kiri) dan yang lain ke kanan (tangan kanan), selalu dari sudut pandangan pemerhati.

1. Analitik AGS. Untuk apa polarimeter? Dipulihkan dari: agsanalitica.com.
2. Chang, R. Kimia. 2013. Edisi Kesebelas. Bukit McGraw.
3. Gavira, J. Polarimetri. Dipulihkan dari: triplenlace.com.
4. Instrumen saintifik. Polarimeter. Dipulihkan dari: uv.es.
5. Universiti politeknik Valencia. Penerapan polarimetri untuk
   menentukan ketulenan gula. Dipulihkan dari: riunet.upv.es.