Polarimetria de fundação, tipos, aplicações, vantagens e desvantagens

O Polarimetria Ele mede a rotação de que um feixe de luz polarizado experimenta quando cruza uma substância opticamente ativa que pode ser um cristal (por exemplo, turmalina) ou uma solução de açúcar.

É uma técnica simples, pertencente aos métodos de análise óptica e a inúmeras aplicações, especialmente na indústria química e agro -alimentar para determinar a concentração de soluções açucaradas.

figura 1. Polarímetro automático digital. Fonte: Wikimedia Commons. PARA.Krüss Optronic GmbH, http: // www.Krues.com/trabalho/Produce/Polarímetro [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/Deed.em)] [TOC]

Base

A base física desta técnica está nas propriedades da luz como uma onda eletromagnética, consistindo em um campo elétrico e outro movimento magnético em direções mutuamente perpendiculares.

As ondas eletromagnéticas são transversais, o que significa que esses campos, por sua vez, se espalham na direção perpendicularmente a eles, de acordo com a Figura 2.

No entanto, como o campo é composto de numerosos trens de ondas que vêm de cada átomo, e cada um está oscilando em direções diferentes, luz natural ou aquela que vem de uma lâmpada incandescente não é polarizada.

Por outro lado, quando as oscilações do campo ocorrem em uma direção preferencial, diz -se que a luz é polarizada. Isso pode ser alcançado deixando o feixe luminoso através de certas substâncias capazes de bloquear componentes indesejados e permitir que apenas um seja transparente em especial.

Figura 2. Animação de um campo eletromagnético se espalhando ao longo do eixo X. Fonte: Wikimedia Commons. E1mu [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)].

Se também a onda de luz consiste em um único comprimento de onda, você tem um feixe Monocromático polarizado linearmente.

Os materiais que atuam como filtros para conseguir isso são chamados de polarizadores ou analisadores. E há substâncias que respondem à luz polarizada, girando o plano de polarização. Eles são conhecidos como substâncias opticamente ativas, por exemplo, açúcares.

Tipos de polarímetro

Em geral, os polarímetros podem ser: manual, automático e semi -automático e digital.

Manuais

Os polarímetros manuais são usados ​​em laboratórios de ensino e pequenos laboratórios, enquanto automáticos são preferidos quando muitas medidas são necessárias para tomar, pois minimizam o tempo gasto na medição.

Automático e digital

Os modelos automáticos e digitais vêm com detector fotoelétrico, um sensor que emite uma resposta à mudança de luz e eleva muito a precisão das medidas. Há também aqueles que oferecem leitura em uma tela digital, sendo muito fácil de operar.

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Para ilustrar o funcionamento geral de um polarímetro, um do tipo óptico manual é descrito.

Operação e peças

Um polarímetro básico faz dois prismas de folhas de nicol ou polaroid, no meio do qual a substância opticamente ativa que deve ser analisada está localizada.

William Nicol (1768-1851) foi um físico escocês que dedicou boa parte de sua carreira à instrumentação. Usando um cristal de calcita ou spatis da Islândia, capaz de desdobrar um raio incidente, Nicol criou em 1828 um prisma com o qual a luz polarizada poderia ser obtida. Foi amplamente utilizado na construção de polarímetros.

Figura 4. Cristal de Calcita Birrefringente. Fonte: Wikimedia Commons. APN MJM [CC BY-S (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)].

As principais partes de um polarímetro são:

- A fonte de luz. Geralmente uma lâmpada a vapor de sódio, tungstênio ou mercúrio, cujo comprimento de onda é conhecido.

- Polarizadores. Os modelos antigos usavam prismas de nicol, por outro.

- Um website. Onde a substância a ser analisada é colocada, cujo comprimento é variável, mas conhecido exatamente.

- Um ocular e indicadores fornecidos com escalas com não. Para que o observador mede com precisão o poder de rotação da amostra. Modelos automáticos têm sensores fotoelétricos.

- Além disso, indicadores de comprimento de onda e comprimento de onda. Como o poder da rotação de muitas substâncias depende desses parâmetros.

Figura 5. Esquema de um polarímetro manual. Fonte: Chang, r. Química.

Laurent Polarímetro

No procedimento descrito, há um pequeno inconveniente quando o observador ajusta a luz mínima, pois o olho humano não é capaz de detectar variações muito pequenas de luminosidade.

Para corrigir esse problema, Laurent Polarímetro adiciona um semi-laminter retardador de meio comprimento, feito de material birrefringent.

Dessa forma, o observador tem no visor de duas ou três regiões adjacentes de diferentes luminosidade, chamadas campos. Isso é mais fácil para o olho distinguir níveis de luminosidade.

Você tem a medida mais precisa quando o analisador é girado de tal maneira que todos os campos são igualmente fracos.

Figura 6. Leitura manual de polarímetro. Fonte: f. Zapata.

Lei de Biot

A lei de Biot relata o poder rotativo α de uma substância opticamente ativa, medida em graus sexagesimal, com a concentração c desta substância - quando é uma solução - e a geometria do sistema óptico.

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É por isso que a descrição do polarímetro foi enfatizada, na qual os valores do comprimento de onda da luz e o da Portamuestra tiveram que ser conhecidos.

A constante de proporcionalidade é denotada [α] e é chamada Potência rotativa específica da solução. Depende do comprimento de onda λ da luz incidente e da temperatura t da amostra. [Α] Os valores geralmente são tabulados a 20 ºC para luz de sódio, especificamente, cujo comprimento de onda é 589,3 nm.

De acordo com o tipo de composto a ser analisado, a Lei Biot adota maneiras diferentes:

- Sólidos opticamente ativos: α = [α].ℓ

- Líquidos puro: α = [α]. ℓ.ρ

- Soluções com solutos que têm atividade óptica: α = [α]. ℓ.c

- Amostras com vários componentes opticamente ativos: ∑α_Yo

Com as seguintes magnitudes adicionais e suas unidades:

- Comprimento da amostra: ℓ (em mm para sólidos e dm para líquidos)

- Densidade líquida: ρ (em g/ml)

- Concentração: C (em g/ml ou molaridade)

Vantagens e desvantagens

Os polarímetros são instrumentos de laboratório muito úteis em várias áreas e cada tipo de polarímetro tem vantagens de acordo com o uso que será dado.

Uma grande vantagem da própria técnica é que é um teste não -descestrutivo e apropriado ao analisar rostos, valioso ou por algum motivo que eles não podem dobrar. No entanto, a polarimetria não é aplicável a nenhuma substância, apenas para aqueles que têm atividade óptica ou substância Quirals, Como eles também são conhecidos.

Também o necessário para considerar que a presença de impurezas introduz erros nos resultados.

O ângulo de rotação produzido pela substância analisada está alinhada com suas características: o tipo de molécula, a concentração da solução e até o solvente usado. Para obter todos esses dados, você precisa saber exatamente o comprimento de onda da luz usada, a temperatura e o comprimento do recipiente de amostra do suporte.

A precisão com a qual se deseja analisar a amostra é decisiva ao escolher um equipamento apropriado. E seu custo também.

Vantagens e desvantagens do polarímetro manual

- Eles geralmente são mais baratos, embora haja versões digitais de baixo custo também. Quanto a isso, há muita oferta.

- Eles são adequados para serem usados ​​nos laboratórios de ensino e como treinamento, porque ajudam o operador a se familiarizar com os aspectos teóricos e práticos da técnica.

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- Eles são quase sempre de baixa manutenção.

- Eles são resistentes e duráveis.

- A leitura da medida é um pouco mais trabalhosa, especialmente se a substância a ser analisada for baixa potência rotativa, de modo que o operador geralmente é pessoal especializado pessoal.

Vantagens e desvantagens de polarímetros automáticos e digitais

- Eles são fáceis de manipular e ler, não exigem pessoal especializado para sua operação.

- O polarímetro digital pode exportar os dados para a impressora ou o dispositivo de armazenamento.

- Polarímetros automáticos requerem menos tempo de medição (cerca de 1 segundo).

- Eles têm opções para medir por intervalos.

- O detector fotoelétrico permite analisar substâncias com baixa potência rotativa.

- Controlar com eficiência a temperatura, o parâmetro que mais influencia a medição.

- Alguns modelos são caros.

- Eles exigem manutenção.

Formulários

A polarimetria tem um grande número de aplicações, conforme declarado no início. As áreas são diversas e os compostos a serem analisados ​​também podem ser orgânicos e inorgânicos. São alguns deles:

- No controle de qualidade farmacêutica, ajudando a determinar que as substâncias usadas na fabricação de medicamentos têm a concentração e pureza apropriadas.

- Para o controle de qualidade da indústria de alimentos, analisando a pureza do açúcar, bem como seu conteúdo em bebidas e doces. Os polarímetros usados ​​dessa maneira também são chamados Sacramento e use uma escala específica, diferente da usada em outras aplicações: a escala ºz.

Figura 7. A qualidade do teor de açúcar em vinhos e sucos de frutas é realizada por polarimetria. Fonte: Pixabay.

- Também na tecnologia de alimentos, é usado para encontrar o conteúdo de amido de uma amostra.

- Na astrofísica, a polarimetria é usada para analisar a polarização da luz nas estrelas e o estudo dos campos magnéticos presentes em ambientes astronômicos e seu papel na dinâmica das estrelas.

- A polarimetria é útil na detecção de visões de visão.

- Em dispositivos de sensoriamento remoto por satélite para a observação de navios em alto mar, áreas de poluição no meio do oceano ou em terra, graças à tomada de imagens de alto contraste.

- A indústria química usa polarimetria para distinguir entre Isômeros ópticos. Essas substâncias têm propriedades químicas idênticas, uma vez que suas moléculas têm a mesma composição e estrutura, mas uma é uma imagem espelhada do outro.

Os isômeros ópticos diferem na maneira como polarizam a luz (enantiômeros): um isômero faz isso com a esquerda (levóguiro) e a outra à direita (Dextrogyry), sempre do ponto de vista do observador.

Referências

1. AGS Analítico. Para que é um polarímetro?. Recuperado de: Agsanalitica.com.
2. Chang, R. Química. 2013. Décima Primeira edição. McGraw Hill.
3. Gavira, J. Polarimetria. Recuperado de: Triplenlace.com.
4. Instrumentos científicos. Polarímetros. Recuperado de: UV.é.
5. Universidade politécnica de Valência. Aplicação de polarimetria a
   Determinação da pureza de um açúcar. Recuperado de: riunet.UPV.é.