Поляриметрия кратко и понятно
Обновлено: 02.07.2024
Поляриметрия — методы физических исследований, основаны на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества. Угол поворота в растворах зависит от их концентрации; поэтому поляриметрия широко применяется для измерения концентрации оптически активных веществ.
Методы исследования излучения, основанные на измерении:
- степени поляризации излучения (света, радиоволн)
- оптической активности веществ или их растворов
Поляриметрия используется для исследования излучений, а также в аналитической и структурной химии.
Содержание
Теория поляриметрии
Оптическая активность веществ очень чувствительна к изменениям пространственной структуры молекул и к межмолекулярному взаимодействию.
Поляризуемость атомов, ионов и молекул определяет степень межмолекулярного взаимодействия и его влияние на оптическую активность среды.
Поляриметрия даёт ценную информацию о природе заместителей в органических молекулах, о строении комплексных неорганических соединений.
Исследование оптической активности веществ
С помощью оптических поляриметров определяют величину вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически-активные среды (твёрдые вещества или растворы).
Поляриметрия широко применяется в аналитической химии для быстрого измерения концентрации оптически-активных веществ (см. Сахариметрия), для идентификации эфирных масел и в других исследованиях.
- Величина оптического вращения в растворах зависит от их концентрации и специфических свойств оптически-активных веществ.
- Измерение вращательной дисперсии света (спектрополяриметрия, определение угла вращения при изменении длины волны света позволяет изучать строение веществ.
См. также
Литература
- Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М.-Л., 1951
- Джерасси К., Дисперсия оптического вращения, пер. с англ., М., 1962
- Терентьев А. П., Органический анализ, М., 1966
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Поляриметрия" в других словарях:
поляриметрия — поляриметрия … Орфографический словарь-справочник
ПОЛЯРИМЕТРИЯ — методы физических исследований, основаны на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества (см. Вращение плоскости поляризации, Оптическая активность). Угол… … Большой Энциклопедический словарь
ПОЛЯРИМЕТРИЯ — методы исследования, основанные на измерении с т е п е н и п о л я р и з а ц и и света и оптической активности, т. е. величины вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества. Величина такого вращения в… … Физическая энциклопедия
ПОЛЯРИМЕТРИЯ — ПОЛЯРИМЕТРИЯ, поляриметры. Поляриметрия определение направления иизмере РИС. 1. ние угла вращения плоскости поляризации, производимое при помощи оптических приборов поляриметров. Существенную часть прибора (рис. 1) представляют две призмы Нико ля … Большая медицинская энциклопедия
Поляриметрия — (a. polarimetry; н. Polarimetrie; ф. polarimetrie; и. polarometria) метод исследования веществ. основанный на измерении степени поляризации света и оптич. активности, т.e. величины угла вращения плоскости поляризации света при прохождении … Геологическая энциклопедия
поляриметрия — сущ., кол во синонимов: 1 • электрополяриметрия (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
поляриметрия — методы физических исследований, основанные на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества (см. Вращение плоскости поляризации, Оптическая активность). Угол… … Энциклопедический словарь
Поляриметрия — [polarimetry] методы исследования, основанные на измерении степени поляризации света и оптической активности, т. е. величины вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества. Величина такого вращения в… … Энциклопедический словарь по металлургии
поляриметрия — poliarimetrija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Analizės metodas, pagrįstas optiškai aktyvių medžiagų savybe sukti poliarizacijos plokštumą. atitikmenys: angl. polarimetry vok. Polarimetrie, f rus. поляриметрия, f pranc … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
поляриметрия — poliarimetrija statusas T sritis chemija apibrėžtis Analizės metodas, pagrįstas optiškai aktyvių medžiagų savybe sukti šviesos poliarizacijos plokštumą. atitikmenys: angl. polarimetry rus. поляриметрия … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
В поляриметрия Измеряет вращение поляризованного светового луча, когда он проходит через оптически активное вещество, которое может быть кристаллом (например, турмалином) или раствором сахара.
Это простой метод, относящийся к оптическим методам анализа и имеющий множество приложений, особенно в химической и пищевой промышленности, для определения концентрации сахаристых растворов.
Основа
Физическая основа этой техники заключается в свойствах света как электромагнитной волны, состоящей из электрического поля и магнитного поля, движущихся во взаимно перпендикулярных направлениях.
Электромагнитные волны являются поперечными, что означает, что эти поля, в свою очередь, распространяются в направлении, перпендикулярном им, как показано на рисунке 2.
Однако, поскольку поле состоит из многочисленных цепочек волн, исходящих от каждого атома, и каждый из них колеблется в разных направлениях, естественный свет или свет от лампы накаливания не поляризован.
Напротив, когда колебания поля происходят в предпочтительном направлении, свет считается поляризованным. Этого можно достичь, пропустив световой луч через определенные вещества, способные блокировать нежелательные компоненты, и пропустив, в частности, только один из них.
Если, кроме того, световая волна состоит из одной длины волны, мы имеем луч линейно поляризованный монохроматический.
Материалы, которые служат для этого фильтрами, называются поляризаторами или анализаторами. А есть вещества, которые реагируют на поляризованный свет, вращая плоскость поляризации. Они известны как оптически активные вещества, например сахара.
Типы поляриметров
В общем, поляриметры бывают: ручные, автоматические, полуавтоматические и цифровые.
Руководства
Ручные поляриметры используются в учебных лабораториях и небольших лабораториях, а автоматические поляриметры предпочтительнее, когда требуется большое количество измерений, поскольку они минимизируют время, затрачиваемое на измерение.
Автоматический и цифровой
Автоматические и цифровые модели поставляются с фотоэлектрическим детектором, датчиком, который реагирует на изменение света и значительно повышает точность измерений. Есть также такие, которые предлагают чтение на цифровом экране, и с ними очень легко работать.
Чтобы проиллюстрировать общую работу поляриметра, ниже описывается ручной оптический тип.
Эксплуатация и запчасти
В базовом поляриметре используются две призмы Николя или поляроидные пластины, в середине которых находится анализируемое оптически активное вещество.
Уильям Николь (1768–1851) был шотландским физиком, посвятившим большую часть своей карьеры приборостроению. Используя кристалл кальцита или исландского шпата, минерала, способного расщеплять падающий луч света, Николь в 1828 году создал призму, с помощью которой можно было получать поляризованный свет. Он широко использовался при создании поляриметров.
Основные части поляриметра:
- Источник света. Обычно это натриевые, вольфрамовые или ртутные лампы с известной длиной волны.
- Поляризаторы. В более старых моделях использовались призмы Николя, в то время как в более современных обычно используются пластины Polaroid, состоящие из длинноцепочечных молекул углеводородов с атомами йода.
- Держатель образца. Куда помещается анализируемое вещество, длина которого варьируется, но точно известна.
- Окуляр и индикаторы с нониусной шкалой. Чтобы наблюдатель мог точно измерить вращательную силу образца. В автоматических моделях есть фотоэлектрические датчики.
- Дополнительно индикаторы температуры и длины волны. Поскольку от этих параметров зависит вращательная сила многих веществ.
Поляриметр Лорана
В описанной процедуре есть небольшое неудобство, когда наблюдатель регулирует минимум света, поскольку человеческий глаз не способен обнаруживать очень небольшие изменения яркости.
Чтобы преодолеть эту проблему, поляриметр Laurent добавляет полупрозрачный полупрозрачный лист из двулучепреломляющего материала.
Таким образом, у наблюдателя в наблюдателе есть две или три смежных области разной яркости, называемых полями. Это позволяет глазам легче различать уровни яркости.
Наиболее точное измерение достигается, когда анализатор вращается так, чтобы все поля были одинаково тусклыми.
Закон Био
Закон Био связывает вращательную силу α оптически активного вещества, измеренного в шестидесятеричных градусах, с концентрацией c указанного вещества - когда оно является раствором - и геометрией оптической системы.
Вот почему при описании поляриметра был сделан акцент на том, что необходимо знать значения длины волны света и держателя образца.
Константа пропорциональности обозначается [α] и называется удельная мощность вращения решения. Это зависит от длины волны λ падающего света и температуры T образца. Значения [α] обычно табулируются при 20 ºC для натриевого света, в частности, длина волны которого составляет 589,3 нм.
В зависимости от типа анализируемого соединения закон Био принимает разные формы:
- Оптически активные твердые вещества: α = [α].ℓ
- Чистые жидкости: α = [α]. ℓ.ρ
- Растворы с растворенными веществами, обладающими оптической активностью: α = [α]. ℓ.c
- Образцы с различными оптически активными компонентами: ∑αя
Со следующими дополнительными количествами и их единицами:
- Длина держателя образца: ℓ (в мм для твердых тел и дм для жидкостей)
- Плотность жидкости: ρ (в г / мл)
- Концентрация: c (в г / мл или молярность)
Преимущества и недостатки
Поляриметры - очень полезные лабораторные инструменты в различных областях, и каждый тип поляриметра имеет преимущества в зависимости от его предполагаемого использования.
Большим преимуществом самого метода является то, что это неразрушающий тест, подходящий для анализа дорогих, ценных образцов или которые по какой-то причине не могут быть дублированы. Однако поляриметрия не применима к каким-либо веществам, только к тем, которые обладают оптической активностью или веществом. хиральный, как их еще называют.
Также необходимо учитывать, что наличие примесей вносит погрешности в результаты.
Угол поворота анализируемого вещества соответствует его характеристикам: типу молекулы, концентрации раствора и даже используемому растворителю. Чтобы получить все эти данные, необходимо точно знать длину волны используемого света, температуру и длину контейнера держателя образца.
При выборе подходящего оборудования решающее значение имеет точность, с которой вы хотите проанализировать образец. И его стоимость тоже.
Преимущества и недостатки ручного поляриметра
- Обычно они дешевле, хотя есть и недорогие цифровые версии. По этому поводу есть много предложений.
- Они подходят для использования в учебных лабораториях и в качестве учебных, поскольку помогают оператору ознакомиться с теоретическими и практическими аспектами техники.
- Они почти всегда неприхотливы.
- Они прочные и прочные.
- Считывание результатов измерения немного сложнее, особенно если анализируемое вещество имеет низкую вращательную силу, поэтому оператор обычно является специализированным персоналом.
Преимущества и недостатки автоматических и цифровых поляриметров
- С ними легко обращаться и читать, для их работы не требуется специализированный персонал.
- Цифровой поляриметр может экспортировать данные на принтер или запоминающее устройство.
- Автоматические поляриметры требуют меньшего времени измерения (около 1 секунды).
- У них есть варианты измерения по интервалам.
- Фотоэлектрический детектор позволяет анализировать вещества с низкой вращательной силой.
- Эффективно контролировать температуру, параметр, который больше всего влияет на измерение.
- Некоторые модели дорогие.
- Они требуют обслуживания.
Приложения
Как упоминалось в начале, поляриметрия имеет множество применений. Области разнообразны, и анализируемые соединения могут быть как органическими, так и неорганическими. Вот некоторые из них:
- В фармацевтическом контроле качества помогает определить, что вещества, используемые при производстве лекарственных средств, имеют соответствующую концентрацию и чистоту.
- Для контроля качества пищевой промышленности, анализа чистоты сахара, а также его содержания в напитках и сладостях. Используемые таким образом поляриметры также называют сахариметры и они используют особую шкалу, отличную от той, которая используется в других приложениях: шкала ºZ.
- Также в пищевой промышленности он используется для определения содержания крахмала в образце.
- В астрофизике поляриметрия используется для анализа поляризации света в звездах и для изучения магнитных полей, присутствующих в астрономической среде, и их роли в звездной динамике.
- Поляриметрия полезна при обнаружении глазных болезней.
- В устройствах спутникового дистанционного зондирования для наблюдения за судами в открытом море, загрязненными районами посреди океана или на суше благодаря получению изображений с высокой контрастностью.
- В химической промышленности поляриметрия используется для различения оптические изомеры. Эти вещества имеют идентичные химические свойства, поскольку их молекулы имеют одинаковый состав и структуру, но одно является зеркальным отображением другого.
Оптические изомеры различаются по способу поляризации света (энантиомеры): один изомер делает это влево (левый), а другой - вправо (правый), всегда с точки зрения наблюдателя.
Поляриметрия представляет собой научный метод исследования веществ, основанный на измерении оптической активности органических и неорганических соединений. Оптическая активность вызывает вращение плоскости поляризованного света, а вещества, обладающие данным свойством, называются оптически активными.
Значение угла поворота зависит от молекулярной структуры и концентрации раствора. Удельное оптическое вращение [α] рассчитывается по следующей формуле:
[α]tλ= (100 × α) / (L × C)
и зависит оно от температуры образца t, длины волны света излучателя λ, длины оптического пути (длины кюветы) L и концентрации образца C в г/100мл.
Смотреть поляриметр SAC-i в нашем каталоге
В предыдущей статье мы рассмотрели применение поляриметров в такой важной сфере, как фармацевтика. Давайте теперь рассмотрим, в каких случаях можно использовать поляриметры в промышленности. Самое широкое применение поляриметры нашли в продуктовой промышленности, в производстве парфюмерии и бытовой химии. Рассмотрим некоторые примеры более подробно.
1) Сахарная промышленность.
2) Натуральные масла.
Природные масла состоят из большого количества компонент, многие из которых оптически активны. Именно это разнообразие состава позволяет использовать поляриметрию для точного и простого определения чистоты и качества натуральных масел. Значения вращения измеряются, как правило, при 20 или 25°С.
Ориентировочные значения оптического вращения эфирных масел:
3) Аминокислоты.
Аминокислоты широко используются в качестве пищевых добавок к корму животных, при производстве глутаминовой кислоты, спортивного питания, подсластителей, удобрений и косметики. Составляющие аминокислот карбоксильная и амино группы могут терять или приобретать протон водорода в зависимости от pH раствора, а при физиологическом рН являются цвиттерионными, то есть носителями как отрицательных, так и положительных зарядов. Значение pH в свою очередь очень сильно влияет на оптические свойства, которые и измеряются с помощью поляриметрии.
4) Мёд.
Поляриметры могут использоваться для распознавания падевого и цветочного мёда, так как первый имеет положительные значения вращения плоскости поляризации, а второй — отрицательные. Оптическое вращение мёда определяется сочетанием различных сахаров и измеряется для установления наличия в падевом мёде цветочного и наоборот. Значения удельного вращения являются показателем качества мёда согласно многим мировым стандартам.
5) Лактоза.
Поляриметрия позволяет определять содержание лактозы в сыром и обработанном молоке, что пропорционально количеству питательных веществ. Контроль за содержанием лактозы позволяет эффективно проверять качество как безлактозных продуктов, так и продуктов с её уменьшенным содержанием (сыр, простокваша и пр.). Поляриметры позволяют контролировать эти значения с большей точностью по сравнению со стандартными методами исследований.
6) Крахмал.
Крахмал крайне широко применяется в промышленности. В пищевой промышленности он используется для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной промышленности — для обработки тканей, в бумажной — в качестве наполнителя. Также крахмал входит в состав большинства колбас, майонеза, кетчупа и используется для изготовления клейстерного клея. Поляриметрия является наиболее точным методом определения концентрации крахмала.
7) Сахароза в винах.
Спелый виноград содержит от 15 до 25% сахара, который в свою очередь состоит из примерно равных частей фруктозы и глюкозы. Хоть сахароза не полностью эквивалентна сахарам в винограде, её добавление в некоторых случаях допускается как средство увеличения содержания алкоголя в конечном продукте. В процессе брожения сахар преобразуется в алкоголь и его содержание уменьшается – поляриметры позволяют с большой точностью контролировать это изменение.
8) Парфюмерия.
Ароматические вещества в парфюмерии могут быть естественного или искусственного происхождения. Естественные ароматические вещества представляют собой эфирные масла – например, камфоровое масло, лимонен, линалоол, α-пинен, γ-терпинен, α-терпинеол – и, как правило, проявляют оптическую активность. Именно благодаря этому свойству эфирных масел, поляриметрия позволяет определять концентрацию и чистоту духов, а также отделять искусственную парфюмерию от естественной.
Помимо перечисленных выше примеров, поляриметры могут быть использованы для анализа неорганических ионов в сочетании с оптически активными веществами (например, висмута, кадмия, меди, железа и ртути), органических веществ, скипидара, бензола, кислот и прочего.
Поляриметры ATAGO.
Компания ATAGO производит большое количество поляриметров, которые могут быть использованы в различных сферах промышленности.
Для сахарной промышленности компания ATAGO предлагает две модели поляриметров-сахариметров: первая – AP-300, ветеран на рынке автоматических поляриметров, который зарекомендовал себя как крайне надёжный прибор по невысокой цене. Является одним из самых часто используемый поляриметров на сахарных заводах в России. Вторая – Sac-i – новый поляриметр, в который были заложены отзывы и предложения пользователей AP-300 на сахарном производстве. Он позволяет получать более точные результаты и работать в более сложных условиях, а специальная модификация даёт возможность измерять даже самые тёмные образцы. Обе модели могут быть укомплектованы проточными кюветами с воронками, что значительно упрощает работу при круглосуточном цикле производства.
Для самых требовательных измерений существует поляриметр SAC-i. Высокие технические характеристики и надёжность, стабильность показаний и соответсвие мировым и российским стандартам – данный поляриметр станет спутником любой лаборатории на долгие-долгие годы.
Полуавтоматический поляриметр POLAX-2L является хорошим решением для тех, кто не может позволить себе автоматические модели. Несмотря на скромные характеристики, данный прибор позволяет получить качественные результаты.
Последний вариант – это новинка компании ATAGO, которая не имеет аналогов в мире. Рефрактополяриметр RePo-1 – портативный рефрактометр и поляриметр в одном корпусе. Данный прибор предназначен для второстепенных измерений и будет очень удобен, когда необходимо измерить как угол вращения, так и показатель преломления. Благодаря низкой стоимости, он может применяться даже в тех сферах, в которых применение поляриметрии было затруднено из-за высокой стоимости оборудования – например, при производстве парфюмерии или пищевых добавок.
Поляриметрия измерение и интерпретация поляризация из поперечные волны, в первую очередь электромагнитные волны, например радио или световые волны. Обычно поляриметрия проводится на электромагнитных волнах, которые прошли или прошли через отраженный, преломленный или же дифрагированный каким-либо материалом для характеристики этого объекта. [1] [2]
плоскополяризованный свет:
согласно волновой теории света считается, что обычный луч света колеблется во всех плоскостях, перпендикулярных направлению его распространения, если этот обычный луч света проходит через никольную призму, выходящий луч колеблется только в одной самолет.
Содержание
Приложения
Поляриметрия тонких пленок и поверхностей широко известна как эллипсометрия.
Поляриметрия также может быть включена в вычислительный анализ волн. Например, радары часто учитывают поляризацию волн при постобработке, чтобы улучшить характеристики целей. В этом случае поляриметрия может использоваться для оценки тонкой текстуры материала, помочь определить ориентацию небольших структур в цели и, когда используются антенны с круговой поляризацией, определить количество отражений принятого сигнала ( хиральность волн с круговой поляризацией чередуется с каждым отражением).
Изображения
В 2003 г., спектрополяриметрический формирователь изображения в видимой ближней ИК-области (VNIR) с акустооптический перестраиваемый фильтр (AOTF) было сообщено. [3] Эти гиперспектральные и спектрополяриметрические формирователи изображений работали в диапазонах излучения от ультрафиолетового (УФ) до длинноволнового инфракрасного (LWIR). В AOTF пьезоэлектрический преобразователь преобразует радиочастотный (RF) сигнал в ультразвуковой волна. Затем эта волна проходит через кристалл, прикрепленный к преобразователю, и при входе в акустический поглотитель дифрагирует. Длину волны результирующих световых лучей можно изменить, изменив исходный радиочастотный сигнал. [3] Гиперспектральные изображения VNIR и LWIR неизменно работают лучше, чем гиперспектральные. [4] Эта технология была разработана в Исследовательская лаборатория армии США. [3]
Исследователи сообщили о данных системы видимого ближнего инфракрасного диапазона (VISNIR) (0,4–0,9 микрометра), для которой требовался РЧ-сигнал мощностью менее 1 Вт. Представленные экспериментальные данные показывают, что поляриметрические сигнатуры уникальны для созданных руками человека предметов и не встречаются в природных объектах. Исследователи заявляют, что двойная система, собирающая как гиперспектральную, так и спектрополяриметрическую информацию, является преимуществом при создании изображений для отслеживания цели. [3]
Оборудование
А поляриметр это основной научный инструмент используется для проведения этих измерений, хотя этот термин редко используется для описания процесса поляриметрии, выполняемого компьютером, например, в поляриметрических радар с синтезированной апертурой.
Поляриметрию можно использовать для измерения различных оптические свойства материала, в том числе линейного двулучепреломление, круговое двулучепреломление (также известное как оптическое вращение или оптическая вращательная дисперсия), линейный дихроизм, круговой дихроизм и рассеяние. [5] Для измерения этих различных свойств было разработано множество конструкций поляриметров, некоторые из которых архаичны, а некоторые используются в настоящее время. Наиболее чувствительные основаны на интерферометры, в то время как более традиционные поляриметры основаны на поляризационные фильтры, волновые пластины или другие устройства.
Астрономическая поляриметрия
Поляриметрия используется во многих областях астрономии. изучить физические характеристики источников, в том числе активные галактические ядра и блазары, экзопланеты, газ и пыль в межзвездная среда, сверхновые, гамма-всплески, звездное вращение, [6] звездные магнитные поля, диски мусора, отражение в двойных звездах [7] и космический микроволновый фон радиация. Наблюдения астрономической поляриметрии выполняются либо как поляриметрия изображения, где поляризация измеряется как функция положения в данных изображения, либо как спектрополяриметрия, где поляризация измеряется как функция длина волны света или широкополосной апертурной поляриметрии.
Измерение оптического вращения
Оптически активный образцы, такие как растворы хиральных молекул, часто показывают круглые двулучепреломление. Круговое двулучепреломление вызывает вращение поляризации плоскополяризованного света при его прохождении через образец.
В обычном свете колебания происходят во всех плоскостях, перпендикулярных направлению распространения. Когда свет проходит через Призма николя его колебания во всех направлениях, кроме направления оси призмы, отсекаются. Говорят, что свет, исходящий из призмы, плоско поляризованный потому что его вибрация в одном направлении. Если две призмы Николя разместить так, чтобы их плоскости поляризации были параллельны друг другу, то световые лучи, выходящие из первой призмы, попадут во вторую призму. В результате потери света не наблюдается. Однако, если вторую призму повернуть на угол 90 °, свет, выходящий из первой призмы, останавливается второй призмой, и свет не выходит. Первую призму обычно называют поляризатор а вторая призма называется анализатор.
Простой поляриметр для измерения этого вращения состоит из длинной трубки с плоским стекло торцы, в которые помещается образец. На каждом конце трубки есть Призма николя или другой поляризатор. Свет светится через трубку, а призма на другом конце, прикрепленная к окуляру, поворачивается, чтобы достичь области полной яркости или области полутемной, полусветлой или полной темноты. Затем угол поворота считывается по шкале. То же явление наблюдается после угла 180 °. В удельное вращение затем можно рассчитать образец. Температура может влиять на вращение света, что следует учитывать при расчетах.
Читайте также: