Jak działa polarymetr?

Polarymetr to profesjonalne urządzenie stosowane do pomiaru kąta obrotu powstałego poprzez przepuszczenie światła spolaryzowanego przez optycznie czynną substancje. Niektóre substancje chemiczne są aktywne optycznie, a spolaryzowanego światło obraca się w prawo lub w lewo po przejściu przez te substancje. Stopień, o jaki obraca się światło nazywane jest kątem obrotu.

Na kąt obrotu substancji optycznie czynnej może wpływać: stężenie próbki, długość fali światła, które przechodzi przez próbę, temperatura próby, długość kuwety pomiarowej oraz warunki napełniania ( pęcherzyki, gradienty temperatury i stężenia).

Związek jest uważany za optycznie czynny, jeśli przechodząc przez liniowo spolaryzowane światło jest obracane. Wielkość skręcalności optycznej zależy od struktury molekularnej i stężenia cząsteczek chiralnych w substancji. Każda substancja czynna optycznie ma swoją własną specyficzną rotację, jak określono w prawie Biotsa.

Polarymetr składa się z dwóch pryzmatów (polaryzator i analizator). Fale świetlne odpowiadają falom w strunie. Polaryzator S1 dopuszcza tylko te fale świetlne, które poruszają się w jednej płaszczyźnie. To powoduje, że światło staje się spolaryzowane płasko. Umieszczenie analizatora w podobnym położeniu umożliwia przechodzenie przez niego fal świetlnych pochodzących z polaryzatora. Kiedy jest obracany pod odpowiednim kątem, żadne fale nie mogą przechodzić pod odpowiednim kątem, a pole wydaje się ciemne. Jeśli teraz szklana rurka zawierająca optycznie czynny roztwór zostanie umieszczona między polaryzatorem a analizatorem, światło będzie się teraz obracać przez płaszczyznę polaryzacji o pewien kąt i analizator będzie musiał być obrócony pod tym samym kątem.

Zwykłe monochromatyczne światło wychodzące z żarówki składa się z nieskończonej liczby oscylujących fal we wszystkich możliwych płaszczyznach prostopadłych do linii propagacji. Polaryzator to specjalny rodzaj szczeliny lub otworu, przez który przechodzi światło propagujące się w jednej płaszczyźnie. Kiedy to światło oddziałuje z chiralną substancją, przyspiesza lub zwalnia, a efektem netto jest pozorna rotacja w płaszczyźnie światła spolaryzowanego.

Cząsteczki, które przesuwają kąt w prawo, są znane jako prawoskrętne („obracające się w prawo”) podczas gdy te, które przesuwają kąt w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, nazywane są lewarotacyjnymi („obracające się w lewo”). Przewidywanie dokładnej rotacji cząsteczki z więcej niż jednym centrum chiralności jest trudne, ponieważ oba centra chiralności przyczyniają się do rotacji optycznej.

Skręcalność optyczna jest niezbędnym elementem sprawdzenia jakości w wielu krytycznych gałęziach przemysłu. Badacze i chemicy organiczni wykorzystują polarymetrię do testowania skuteczności katalizatorów i asymetrycznych procesów syntezy. Przemysł spożywczy, farmaceutyczny i aromatyczny stosuje polarymetrię do analizy jakości surowców i gotowych produktów.