Polarimétrie, types, applications, avantages et inconvénients

La Polarimétrie Il mesure la rotation qu'un faisceau de lumière polarisée éprouve lorsqu'il traverse une substance optiquement active qui peut être un cristal (par exemple la tourmaline) ou une solution de sucre.

Il s'agit d'une technique simple, appartenant aux méthodes d'analyse optique et avec de nombreuses applications, en particulier dans l'industrie chimique et agricole pour déterminer la concentration de solutions sucrées.

Figure 1. Polarimètre automatique numérique. Source: Wikimedia Commons. POUR.Krüss Optronic GmbH, http: // www.Krues.com / travail / produit / polarimètre [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 / acte.in)] [toc]

Base

Le fondement physique de cette technique réside dans les propriétés de la lumière en tant qu'onde électromagnétique, composée d'un champ électrique et d'un autre mouvement magnétique dans des directions mutuellement perpendiculaires.

Les ondes électromagnétiques sont transversales, ce qui signifie que ces champs se propagent à leur tour dans la direction perpendiculaire, selon la figure 2.

Cependant, comme le champ est composé de nombreux trains d'ondes provenant de chaque atome, et chacun oscille dans différentes directions, la lumière naturelle ou celle qui provient d'une ampoule à incandescence n'est pas polarisée.

D'un autre côté, lorsque les oscillations du champ se produisent dans une direction préférentielle, on dit que la lumière est polarisée. Cela peut être réalisé en laissant le faisceau lumineux à travers certaines substances capables de bloquer les composants indésirables et de ne permettre à un seul être transparent en spécial.

Figure 2. Animation d'un champ électromagnétique se propageant le long de l'axe x. Source: Wikimedia Commons. Et1mU [cc by-sa (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)].

Si l'onde légère se compose d'une seule longueur d'onde, vous avez un faisceau Monochromatique polarisée linéairement.

Les matériaux qui agissent comme filtres pour y parvenir sont appelés polariseurs ou analyseurs. Et il y a des substances qui répondent à la lumière polarisée, faisant tourner le plan de polarisation. Ils sont connus sous le nom de substances optiquement actives, par exemple les sucres.

Types de polarimètre

En général, les polarimètres peuvent être: manuel, automatique et semi-automatique et numérique.

Manuels

Les polarimètres manuels sont utilisés dans les laboratoires d'enseignement et les petits laboratoires, tandis que l'automatique est préféré lorsque de nombreuses mesures doivent prendre, car ils minimisent le temps passé en mesure.

Automatique et numérique

Les modèles automatiques et numériques sont livrés avec un détecteur photoélectrique, un capteur qui émet une réponse au changement de lumière et élève fortement la précision des mesures. Il y a aussi ceux qui proposent la lecture sur un écran numérique, étant très facile à utiliser.

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Pour illustrer le fonctionnement général d'un polarimètre, alors l'un du type optique manuel est décrit.

Opération et pièces

Un polarimètre de base fait deux prismes à partir de feuilles de Nicol ou Polaroid, au milieu de laquelle la substance optiquement active qui doit être analysée est située.

William Nicol (1768-1851) était un physicien écossais qui a consacré une bonne partie de sa carrière à l'instrumentation. À l'aide d'un cristal de calcite ou spatis d'Islande, minéral capable de déploier une foudre incidente, Nicol a créé en 1828 un prisme avec lequel la lumière polarisée pourrait être obtenue. Il a été largement utilisé dans la construction de polarimètres.

Figure 4. Cristal de calcita birrefringent. Source: Wikimedia Commons. APN MJM [CC BY-S (https: // CreatiVecommons.Org / licences / by-sa / 3.0)].

Les principales parties d'un polarimètre sont:

- La source lumineuse. Généralement une lampe à vapeur de sodium, de tungstène ou de mercure, dont la longueur d'onde est connue.

- Polariseurs. Les modèles anciens ont utilisé Nicol Prisms, en revanche, les plus modernes utilisent généralement des feuilles de polaroïde, en molécules d'hydrocarbures à longue chaîne avec des atomes d'iode.

- Un site Web. Où la substance à analyser est placée, dont la longueur est variable, mais connue exactement.

- Un oculaire et des indicateurs fournis avec des échelles avec nonios. De sorte que l'observateur mesure précisément la puissance de rotation de l'échantillon. Les modèles automatiques ont des capteurs photoélectriques.

- En outre des indicateurs de longueur d'onde et de longueur d'onde. Puisque la puissance de rotation de nombreuses substances dépend de ces paramètres.

Figure 5. Schéma d'un polarimètre manuel. Source: Chang, R. Chimie.

Polarimètre Laurent

Dans la procédure décrite, il y a un petit inconvénient lorsque l'observateur ajuste la lumière minimale, car l'œil humain n'est pas en mesure de détecter de très petites variations de luminosité.

Pour corriger ce problème, Laurent Polarimètre ajoute un semi-laminer de demi-longueur, en matériau birrefringent.

De cette façon, l'observateur a dans le viseur de deux ou trois régions adjacentes de luminosité différente, appelées champs. C'est plus facile pour l'œil de distinguer les niveaux de luminosité.

Vous avez la mesure la plus précise lorsque l'analyseur est tourné de telle manière que tous les champs sont également faibles.

Figure 6. Lecture manuelle polarimètre. Source: F. Zapata.

Droit du biot

La loi de Biot relie le pouvoir rotatif α d'une substance optiquement active, mesurée en degrés sexagesimaux, avec la concentration c de cette substance - quand c'est une solution - et la géométrie du système optique.

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C'est pourquoi la description du polarimètre a été soulignée, dans laquelle les valeurs de la longueur d'onde de la lumière et celle du Portamuestra devaient être connues.

La constante de proportionnalité est indiquée [α] et est appelée Puissance rotative spécifique de la solution. Cela dépend de la longueur d'onde λ de la lumière incidente et de la température t de l'échantillon. Les valeurs [α] sont généralement tabulées à 20 ºC pour la lumière de sodium, en particulier, dont la longueur d'onde est de 589,3 nm.

Selon le type de composé à analyser, la loi Biot adopte différentes manières:

- Solids optiquement actifs: α = [α].ℓ

- Liquides purs: α = [α]. ℓ.ρ

- Solutions avec des solutés qui ont une activité optique: α = [α]. ℓ.c

- Échantillons avec plusieurs composants optiquement actifs: ∑α_Toi

Avec les amplitudes supplémentaires suivantes et leurs unités:

- Longueur de l'échantillon: ℓ (en mm pour les solides et DM pour les liquides)

- Densité liquide: ρ (en g / ml)

- Concentration: C (en g / ml ou molarité)

Avantages et inconvénients

Les polarimètres sont des instruments de laboratoire très utiles dans divers domaines et chaque type de polarimètre présente des avantages en fonction de l'utilisation qui sera donnée.

Un grand avantage de la technique elle-même est qu'il s'agit d'un test non destructeur et approprié lors de l'analyse des visages, précieux ou que pour une raison quelconque, ils ne peuvent pas doubler. Cependant, la polarimétrie ne s'applique à aucune substance, uniquement à celles qui ont une activité optique ou une substance Bizarrerie, Comme ils sont également connus.

Aussi nécessaire pour considérer que la présence d'impuretés introduit des erreurs dans les résultats.

L'angle de rotation produit par la substance analysée est conforme à ses caractéristiques: le type de molécule, la concentration de la solution et même le solvant utilisé. Pour obtenir toutes ces données, vous devez connaître exactement la longueur d'onde de la lumière utilisée, la température et la longueur du porte-échantillon de support.

La précision avec laquelle il est souhaité analyser l'échantillon est décisif lors du choix d'un équipement approprié. Et son coût aussi.

Avantages et inconvénients du polarimètre manuel

- Ils sont généralement moins chers, bien qu'il existe également des versions numériques à faible coût. Quant à cela, il y a beaucoup d'offre.

- Ils sont adaptés à être utilisés dans les laboratoires d'enseignement et comme formation, car ils aident l'opérateur à se familiariser avec les aspects théoriques et pratiques de la technique.

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- Ils sont presque toujours peu d'entretien.

- Ils sont résistants et durables.

- La lecture de la mesure est un peu plus laborieuse, surtout si la substance à analyser est une faible puissance rotative, donc l'opérateur est généralement spécialisé.

Avantages et inconvénients des polarimètres automatiques et numériques

- Ils sont faciles à manipulation et à la lecture, ils n'ont pas besoin de personnel spécialisé pour leur opération.

- Le polarimètre numérique peut exporter les données vers l'imprimante ou le périphérique de stockage.

- Les polarimètres automatiques nécessitent moins de temps de mesure (environ 1 seconde).

- Ils ont des options à mesurer par intervalles.

- Le détecteur photoélectrique permet d'analyser les substances à faible puissance rotative.

- Contrôler efficacement la température, le paramètre qui influence le plus la mesure.

- Certains modèles sont chers.

- Ils ont besoin de maintenance.

Applications

La polarimétrie a un grand nombre d'applications, comme indiqué au début. Les zones sont diverses et les composés à analyser peuvent également être organiques et inorganiques. Sont certains d'entre eux:

- Dans le contrôle de la qualité pharmaceutique, contribuant à déterminer que les substances utilisées dans la fabrication de médicaments ont la concentration et la pureté appropriées.

- Pour le contrôle de la qualité de l'industrie alimentaire, analysant la pureté du sucre, ainsi que son contenu dans les boissons et les bonbons. Les polarimètres utilisés de cette manière sont également appelés Sacment et utiliser une échelle particulière, différente de celle utilisée dans d'autres applications: l'échelle ºz.

Figure 7. La qualité de la teneur en sucre dans les vins et les jus de fruits est effectuée par polarimétrie. Source: Pixabay.

- Également en technologie alimentaire, il est utilisé pour trouver le contenu de l'amidon d'un échantillon.

- En astrophysique, la polarimétrie est utilisée pour analyser la polarisation de la lumière dans les étoiles et l'étude des champs magnétiques présents dans les environnements astronomiques et leur rôle dans la dynamique des étoiles.

- La polarimétrie est utile dans la détection des vues de la vue.

- Dans les dispositifs de télédétection par satellite pour l'observation des navires en haute mer, les zones de pollution au milieu de l'océan ou sur terre, grâce à la prise d'images à contraste élevé.

- L'industrie chimique utilise la polarimétrie pour distinguer Isomères optiques. Ces substances ont des propriétés chimiques identiques, car leurs molécules ont la même composition et la même structure, mais l'une est une image miroir de l'autre.

Les isomères optiques diffèrent dans la façon dont ils polarisent la lumière (énantiomères): un isomère le fait à gauche (Levógiro) et l'autre à droite (dextrogyrie), toujours du point de vue de l'observateur.

Les références

1. AGS Analytique. Qu'est-ce qu'un polarimètre pour?. Récupéré de: Agsanalitica.com.
2. Chang, R. Chimie. 2013. Onzième édition. McGraw Hill.
3. Gavira, J. Polarimétrie. Récupéré de: triplenlace.com.
4. Instruments scientifiques. Polarimètres. Récupéré de: UV.est.
5. Université polytechnique de Valence. Application de polarimétrie à
   Détermination de la pureté d'un sucre. Récupéré de: Riunet.UPV.est.