POLARIMETRI: ALASAN, JENIS, APLIKASI, KELEBIHAN DAN KEKURANGAN - KIMIA - 2024

The polarimetry mengukur putaran dari terpolarisasi mengalami sinar ketika itu melewati zat optik aktif yang mungkin kaca (misalnya turmalin) atau larutan gula.

Ini adalah teknik sederhana, yang termasuk dalam metode analisis optik dan dengan banyak aplikasi, terutama dalam industri kimia dan pertanian makanan untuk menentukan konsentrasi larutan manis.

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

Dasar

Fondasi fisik dari teknik ini terletak pada sifat cahaya sebagai gelombang elektromagnetik, terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang bergerak dalam arah yang saling tegak lurus.

Gelombang elektromagnetik bersifat transversal, yang berarti bahwa bidang-bidang ini, pada gilirannya, merambat ke arah tegak lurus, menurut gambar 2.

Namun, karena medan terdiri dari banyak rangkaian gelombang yang berasal dari setiap atom, dan masing-masing berosilasi ke arah yang berbeda, cahaya alami atau yang berasal dari bola lampu pijar tidak terpolarisasi.

Sebaliknya, ketika osilasi medan terjadi dalam arah preferensial, cahaya dikatakan terpolarisasi. Hal ini dapat dicapai dengan membiarkan berkas cahaya melewati zat tertentu yang mampu menghalangi komponen yang tidak diinginkan dan hanya membiarkan satu zat tertentu melewatinya.

Gambar 2. Animasi medan elektromagnetik yang merambat sepanjang sumbu x. Sumber: Wikimedia Commons. And1mu.

Jika selain gelombang cahaya terdiri dari satu panjang gelombang, kita memiliki sinar monokromatik terpolarisasi linier.

Bahan yang berfungsi sebagai filter untuk melakukannya disebut polarizer atau penganalisis. Dan ada zat yang merespon cahaya terpolarisasi, memutar bidang polarisasi. Mereka dikenal sebagai zat aktif secara optik, misalnya gula.

Jenis polarimeter

Secara umum, polarimeter dapat berupa: manual, otomatis dan semi-otomatis dan digital.

Manual

Polarimeter manual digunakan di laboratorium pengajaran dan laboratorium kecil, sedangkan polarimeter otomatis lebih disukai ketika diperlukan pengukuran dalam jumlah besar, karena meminimalkan waktu yang dihabiskan untuk pengukuran.

Otomatis dan digital

Model otomatis dan digital dilengkapi dengan detektor fotolistrik, sensor yang memancarkan respons terhadap perubahan cahaya dan sangat meningkatkan ketepatan pengukuran. Ada juga yang menawarkan membaca di layar digital, karena sangat mudah dioperasikan.

Untuk mengilustrasikan operasi umum polarimeter, tipe optik manual dijelaskan di bawah ini.

Operasi dan suku cadang

Sebuah polarimeter dasar menggunakan dua prisma Nicol atau lembaran Polaroid, di antaranya terletak substansi optik aktif yang akan dianalisis.

William Nicol (1768-1851) adalah seorang fisikawan Skotlandia yang mengabdikan sebagian besar karirnya pada instrumentasi. Dengan menggunakan kristal kalsit atau Iceland spar, mineral yang mampu memecah berkas cahaya, Nicol pada tahun 1828 menciptakan sebuah prisma yang dengannya cahaya terpolarisasi dapat diperoleh. Itu banyak digunakan dalam konstruksi polarimeter.

Gambar 4. Kristal kalsit birefringent. Sumber: Wikimedia Commons. APN MJM.

Bagian utama dari polarimeter adalah:

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

- Polarizer. Model lama menggunakan prisma Nicol, sedangkan model yang lebih modern biasanya menggunakan lembaran Polaroid, yang terbuat dari molekul hidrokarbon rantai panjang dengan atom yodium.

- Tempat sampel. Dimana bahan yang akan dianalisis ditempatkan, yang panjangnya bervariasi, tetapi diketahui persis.

- Lensa mata dan indikator dilengkapi dengan timbangan vernier. Agar pengamat dapat secara akurat mengukur daya rotasi sampel. Model otomatis memiliki sensor fotolistrik.

- Selain itu, indikator suhu dan panjang gelombang. Karena kekuatan rotasi banyak zat bergantung pada parameter ini.

Gambar 5. Skema polarimeter manual. Sumber: Chang, R. Chemistry.

Laurent Polarimeter

Dalam prosedur yang dijelaskan, ada sedikit kekurangan ketika pengamat menyesuaikan cahaya minimum, karena mata manusia tidak mampu mendeteksi variasi yang sangat kecil dalam luminositas.

Untuk mengatasi masalah ini, polarimeter Laurent menambahkan setengah lembar perlambatan setengah panjang gelombang, yang terbuat dari bahan birefringent.

Dengan cara ini, pengamat memiliki dua atau tiga wilayah yang berdekatan dengan luminositas berbeda, yang disebut bidang, pada penampil. Ini memudahkan mata untuk membedakan level cahaya.

Anda memiliki pengukuran yang paling akurat saat penganalisis diputar sedemikian rupa sehingga semua bidang sama redup.

Gambar 6. Pembacaan manual polarimeter. Sumber: F. Zapata.

Hukum Biot

Hukum Biot menghubungkan daya putar α dari zat aktif optik, diukur dalam derajat sexagesimal, dengan konsentrasi c zat tersebut - ketika itu adalah solusi - dan geometri sistem optik.

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

Konstanta proporsionalitas dilambangkan dan disebut daya rotasi spesifik dari solusi. Itu tergantung pada panjang gelombang λ cahaya datang dan suhu T sampel. Nilai biasanya ditabulasikan pada 20 ° C untuk cahaya natrium, khususnya, yang panjang gelombangnya 589,3 nm.

Bergantung pada jenis senyawa yang akan dianalisis, hukum Biot mengambil bentuk yang berbeda:

- Padatan aktif optik: α = .ℓ

- Cairan murni: α =. ℓ.ρ

- Larutan dengan zat terlarut yang memiliki aktivitas optik: α =. ℓ.c

- Sampel dengan beberapa komponen aktif optik: ∑α _i

Dengan jumlah tambahan berikut dan satuannya:

- Panjang tempat sampel: ℓ (dalam mm untuk padatan dan dm untuk cairan)

- Densitas cairan: ρ (dalam g / ml)

- Konsentrasi: c (dalam g / ml atau molaritas)

Keuntungan dan kerugian

Polarimeter adalah alat laboratorium yang sangat berguna di berbagai bidang dan setiap jenis polarimeter memiliki kelebihan sesuai dengan tujuan penggunaannya.

Keuntungan besar dari teknik itu sendiri adalah bahwa ini merupakan tes non-destruktif, sesuai saat menganalisis sampel yang mahal dan berharga atau karena alasan tertentu tidak dapat diduplikasi. Namun, polarimetri tidak berlaku untuk zat apa pun, hanya untuk zat yang memiliki aktivitas optik atau zat kiral, seperti yang juga dikenal.

Juga perlu dipertimbangkan bahwa adanya kotoran menyebabkan kesalahan dalam hasil.

Sudut rotasi yang dihasilkan zat yang dianalisis sesuai dengan karakteristiknya: jenis molekul, konsentrasi larutan bahkan pelarut yang digunakan. Untuk memperoleh semua data tersebut, perlu diketahui secara pasti panjang gelombang cahaya yang digunakan, suhu dan panjang wadah sample holder.

Ketepatan yang Anda inginkan untuk menganalisis sampel sangat menentukan saat memilih peralatan yang sesuai. Dan biayanya juga.

Keuntungan dan kerugian dari polarimeter manual

- Mereka cenderung lebih murah, meskipun ada versi digital berbiaya rendah juga. Ada banyak tawaran untuk ini.

- Cocok untuk digunakan di laboratorium pengajaran dan sebagai pelatihan, karena membantu operator untuk membiasakan diri dengan aspek teoritis dan praktis dari teknik tersebut.

- Perawatannya hampir selalu rendah.

- Mereka tahan dan tahan lama.

- Membaca hasil pengukuran sedikit lebih melelahkan, terutama jika bahan yang akan dianalisis memiliki daya putar yang rendah, oleh karena itu operatornya biasanya adalah personel spesialis.

Keuntungan dan kerugian dari polarimeter otomatis dan digital

- Mudah ditangani dan dibaca, tidak memerlukan personel khusus untuk pengoperasiannya.

- Polarimeter digital dapat mengekspor data ke printer atau perangkat penyimpanan.

- Polarimeter otomatis membutuhkan waktu pengukuran yang lebih sedikit (sekitar 1 detik).

- Mereka memiliki opsi untuk mengukur dengan interval.

- Detektor fotolistrik memungkinkan untuk menganalisis zat dengan daya rotasi rendah.

- Kontrol suhu secara efisien, parameter yang paling mempengaruhi pengukuran.

- Beberapa model mahal.

- Mereka membutuhkan perawatan.

Aplikasi

Polarimetri memiliki banyak aplikasi, seperti yang disebutkan di awal. Arealnya beragam dan senyawa yang akan dianalisis dapat berupa organik dan anorganik juga. Ini beberapa di antaranya:

- Dalam pengawasan mutu farmasi, membantu menentukan bahwa zat yang digunakan dalam pembuatan obat mempunyai konsentrasi dan kemurnian yang sesuai.

- Untuk pengendalian kualitas industri makanan, menganalisis kemurnian gula, serta kandungannya dalam minuman dan manisan. Polarimeter yang digunakan dengan cara ini juga disebut sakarimeter dan menggunakan skala tertentu, berbeda dari yang digunakan dalam aplikasi lain: skala ºZ.

Gambar 7. Pengendalian kualitas kadar gula dalam wine dan jus buah dilakukan dengan polarimetri. Sumber: Pixabay.

- Juga dalam teknologi pangan digunakan untuk menemukan kandungan pati suatu sampel.

- Dalam astrofisika, polarimetri digunakan untuk menganalisis polarisasi cahaya di bintang dan untuk mempelajari medan magnet yang ada di lingkungan astronomi dan perannya dalam dinamika bintang.

- Polarimetri berguna untuk mendeteksi penyakit mata.

- Pada perangkat penginderaan jauh satelit untuk pengamatan kapal di laut lepas, daerah pencemaran di tengah lautan atau di darat, berkat pengambilan gambar dengan kontras tinggi.

- Industri kimia menggunakan polarimetri untuk membedakan antara isomer optik. Zat-zat ini memiliki sifat kimia yang identik, karena molekulnya memiliki komposisi dan struktur yang sama, tetapi yang satu merupakan bayangan cermin dari yang lain.

Isomer optik berbeda dalam cara mereka mempolarisasi cahaya (enansiomer): satu isomer melakukannya ke kiri (tangan kiri) dan yang lainnya ke kanan (tangan kanan), selalu dari sudut pandang pengamat.

1. AGS Analitis. Untuk apa polarimeter? Diperoleh dari: agsanalitica.com.
2. Chang, R. Kimia. 2013. Edisi kesebelas. McGraw Hill.
3. Gavira, J. Polarimetri. Diperoleh dari: triplenlace.com.
4. Instrumen Ilmiah. Polarimeter. Diperoleh dari: uv.es.
5. Universitas politeknik Valencia. Penerapan polarimetri untuk
   menentukan kemurnian gula. Diperoleh dari: riunet.upv.es.