Polarimetria

Metode optice de analiză

Generalităţi.

Radiaţia electromagnetică este o formă de energie care posedă atât proprietăţi de undă cât şi proprietăţi de particulă. O undă electromagnetică are o componentă electrică şi una magnetică care oscilează la plane perpendiculare una pe alta şi perpendiculare pe direcţia de propagare a radiaţiei. Radiaţia electromagnetică poate fi caracterizată prin lungimea de undă (λ), frecvenţa (v) şi amplitudinea (A). O rază de lumină poate fi asimilată ca un flux de fotoni având o energie (E) :

E=hv=h*c/nλ

Unde: E – energia fotonilor ( în ergi );

h - constanta lui Planck ;

n – indicele de refracţie;

c – viteza luminii în vid ;

Intensitatea undei electromagnetice este definită ca energia care trece prin unitatea de suprafaţă în unitatea de timp şi este legată de amplitudinea undei electromagnetice (A) prin relaţia :

I = A2 c/ 8π

Pentru radianţă P este definită ca energia ce ajunge pe o anumită suprafaţă în unitatea de timp.

Clasificarea metodelor optice de analiză. Metodele optice de analiză se bazează pe proprietăţile optice ale unui sistem care sunt funcţie de natura atomilor, de structura combinaţiilor, şi în interacţiune cu energia radiantă de o anumită lungime de undă.

Metodele elaborate se caracterizează:

1. prin natura interacţiunii sistemului cu radiaţia excitată;

2. prin modul de observare a fenomenelor optice rezultate;

3. prin gradul de informare.

După natura interacţiunii sistemului cu energia excitată, în diferite domenii spectrale, se deosebesc : metode optice de absorbţie, de difuzie, de difracţie, de emisie.

Dintre aceste variante , în chimia analitică se utilizează mai multe metode spectrale de absorbţie şi emisie. Se obţine un spectru de absorbţie, când sistemul de studiat absoarbe radiaţiile electromagnetice şi trece de la starea energetică fundamentală la o stare excitată. Aceste spectre sunt formate din benzi fiind caracteristice pentru molecule şi ioni moleculari. Spectrele de emisie corespund pentru sistemul excitat prin revenire la starea fundamentală. Acestea sunt spectre de linii şi corespund pentru atomi şi molecule mici.

Metode de observare a proprietăţilor optice pot fi efectuate: vizual sau instrumental.

Metodele optice de analiză permit determinări: de concentraţii, studii cinetice, determinări de constante de echilibru şi ale altor constante fizico-chimice, de compoziţie a combinaţiilor chimice şi dau informări asupra structurii combinaţiilor chimice. Menţionăm că prin interacţiunea radiaţiilor electromagnetice cu sistemul de studiat structura combinaţiei se schimbă faţă de starea iniţială. Deci, imaginea prin spectroscopie este diferită de imaginea stării iniţiale a sistemului de studiat. Totodată, este bine să avem în vedere şi corelarea: domeniul spectral - tipul spectrului - domeniul energetic - energia legăturilor chimice. Poziţia liniilor de rotaţie permite să se calculeze exact distanţele interatomice din moleculă cu o precizie de ±0, 0001 A netinsă pe nici o altă cale. Pe această bază se poate avea o informare asupra structurii şi chiar a reactivităţii chimice. Totodată, din aceste spectre se pot determina cu mare precizie momentele electrice ale moleculelor.

POLARIMETRIA

Polarimetria se ocupă cu studiul fenomenelor optice în lumină polarizată şi are ca obiect practic determinarea cantitativă a rotaţiei şi radiaţiei polarizate în plan, respectiv a unghiului de rotaţie (α). Unele substanţe , numite optic active, au proprietatea de a devia planul de polarizare a luminii. Fenomenul este cunoscut sub denumirea de activitatea optică, rotaţie optică sau polarizaţie de rotaţie. Polarizarea luminii şi rotaţia optică este schematizată în figura 1.

a. b. c.

Fig. 1 Polarizarea luminii în rotaţia optică

Substanţele care prezintă activitate optică sunt considerate optic anizotrope , iar cele care nu prezintă activitate optică - optic izotrope. Activitatea optică a substanţelor cristaline este legată de structura lor cristalină, care prin trecerea în topitură sau soluţie dispare. La alte substanţe, activitatea optică este legată de structura moleculară (asimetrică) care se păstrează şi în soluţie (ex. zaharoza). Substanţele optic active au proprietatea de a roti lumina polarizată spre dreapta – substanţe dextrogire (notate cu d sau cu α+) sau spre stânga – substanţe levogire (notate cu l sau α ). Dacă rotirea planului de polarizare are loc în sensul acelor unui ceasornic substanţa se numeşte dextrogiră, iar unghiul de rotaţie se consideră pozitiv. Dacă planul de polarizare se roteşte invers, substanţa se numeşte levogiră şi unghiul de rotaţie.

Unghiul de rotaţie al unei soluţii depinde de mai mulţi factori: de natura substanţei optic active solvite, de lungimea de undă a radiaţiei şi de temperatură. În unele cazuri, rotaţia specifică variază şi în timp. Fenomenul se numeşte mutarotaţie. Unghiul de rotaţie specifică [α] rotaţia specifică, este măsura activităţii optice caracteristică unei substanţe şi este definită prin unghiul de rotaţie al unui strat de soluţie de lungime l la temperatura de t0C , având concentraţia de 1 g substanţă activă pură la 1 cm3 şi densitatea d.