POLARIMETRIA

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POLARIMETRIA

• Obiettivi imparare ad usare un polarimetro

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POLARIMETRIA

• La polarimetria è un metodo di analisi non
  distruttivo che si basa sulla capacità delle
  molecole chirali di deviare il piano della luce
  polarizzata linearmente.
• La polarimetria è una tecnica che utilizza
  radiazioni elettromagnetiche asimmetriche, per
  cui è intrinsecamente in grado di distinguere tra
  enantiomeri. La sua principale applicazione
  riguarda la determinazione del potere rotatorio e
  della concentrazione di sostanze ( glucosio) in
  materie prime e prodotti alimentari , misurazione
  pratica e molto veloce.

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La luce polarizzata

• Onda elettromagnetica linearmente polarizzata.
• La luce è un'onda elettromagnetica che consiste
  in un campo elettrico E e un campo magnetico H
  oscillanti, che possono essere rappresentati da
  vettori perpendicolari tra loro, e perpendicolari
  alla direzione di propagazione.
• Il piano di polarizzazione è il piano su cui
  oscilla il campo elettrico E, ma poiché una
  sorgente di luce è di solito composta da un
  insieme di emettitori disposti in maniera
  casuale, la luce emessa è un insieme di onde con
  tutte le possibili orientazioni del vettore E.
• La luce polarizzata linearmente invece è una
  radiazione elettromagnetica in cui il vettore E
  oscilla in un solo ben preciso piano di
  polarizzazione. La luce polarizzata linearmente
  (spesso chiamata semplicemente luce polarizzata)
  è ottenuta dalla luce non polarizzata per mezzo
  dei filtri polarizzatori, che in un polarimetro
  sono rappresentati normalmente dalla tormalina,
  da un prisma di Nicol o un prisma di Glan
  Thompson, oppure da polaroidi artificiali.

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PRINCIPIO

• Un raggio di luce AB, che vibra inizialmente in
  tutte le direzioni, attraversa una sostanza
  polarizzante. Questa, filtrando la luce, ne
  lascia uscire soltanto la componente verticale.
• Un metodo adatto per polarizzare la luce consiste
  nel far passare luce ordinaria attraverso un
  sistema ottico, formato da spato di Islanda
  (carbonato di calcio cristallino), detto prisma
  di Nicol, inventato nel 1828 dal fisico inglese
  William Nicol.

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(No Transcript)
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• Un sistema più moderno è l'impiego di un
  Polaroid, inventato dall'americano E.H. Land, nel
  quale un composto organico cristallino,
  opportunamente orientato, è contenuto all'interno
  di una plastica trasparente. Gli occhiali da
  sole, molto spesso, hanno lenti polaroid. Un
  fascio di luce è in grado di attraversare due
  polarizzatori soltanto se i loro assi di
  polarizzazione sono paralleli. Se gli assi sono
  perpendicolari la luce non passa. La figura
  seguente illustra questo principio su cui si basa
  il polarimetro, che è lo strumento che serve a
  studiare l'effetto delle diverse sostanze
  chimiche sul piano della luce polarizzata.
• I due dischi di materiale polarizzante hanno gli
  assi perpendicolari fra di loro. Sebbene ogni
  disco da solo sia trasparente, larea in cui si
  sovrappongono è opaca. Si può verificare questo
  fenomeno usando due paia di occhiali da sole
  Polaroid.
• Lo schema dello strumento è riportato nella
  figura seguente

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(No Transcript)
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POLARIMETRO

• Il polarimetro è lo strumento che permette la
  misurazione del potere rotatorio di sostanze
  otticamente attive. I suoi elementi costitutivi
  fondamentali, in ordine di disposizione
  costruttiva, possono così schematizzarsi
• sorgente di luce
• polarizzatore
• tubo polarimetrico, contenente l'analita
• analizzatore del fascio di luce, posto in uscita
  dal tubo polarimetrico e mobile
• oculare, tramite il quale viene visualizzato
  l'angolo di rotazione tramite una scala.

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• Quando polarizzatore e analizzatore vengono
  incrociati con un tubo polarimetrico che non
  contiene alcuna sostanza, si ha estinzione del
  raggio luminoso con un campo buio osservabile
  tramite l'oculare. Quando sul cammino ottico
  della luce polarizzata viene invece interposta
  una sostanza otticamente attiva, viene impartita
  al piano di polarizzazione una rotazione di un
  determinato angolo f e il campo appare
  illuminato. Ruotando l'analizzatore di un angolo
  con stesso segno e valore assoluto dell'angolo f
  si ottiene l'oscuramento del campo e viene
  effettuata la misura del potere rotatorio
  sfruttando la componente luminosa diretta verso
  lo stesso analizzatore, mentre la componente
  normale viene estinta. Nella pratica costruttiva,
  per ottenere una sensibilità della misura
  accettabile, si lavora con strumenti ponendo,
  rispettivamente, un'altro o altri due filtri
  polarizzatori dopo il filtro principale.

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• Lo schema dello strumento è riportato nella
  figura seguente

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• Il suo funzionamento è il seguente. Con la luce
  accesa e il tubo portacampione vuoto, il prisma
  analizzatore viene ruotato in modo che il raggio
  di luce che è stato polarizzato dal prisma
  polarizzatore venga completamente bloccato e il
  campo visivo risulti oscurato. Gli assi del
  prisma polarizzatore e del prisma analizzatore
  sono perpendicolari fra loro. A questo punto il
  campione viene inserito nel tubo portacampione.
  Se la sostanza è otticamente inattiva non
  succederà niente e il campo visivo resterà
  oscurato. Se invece verrà messa nel tubo una
  sostanza otticamente attiva, essa farà ruotare il
  piano di polarizzazione e un po' di luce passerà
  attraverso l'analizzatore fino all'osservatore.
  Ruotando il prisma analizzatore in senso orario o
  antiorario l'osservatore può bloccare di nuovo il
  raggio di luce e riportare il campo al buio.
  L'angolo di cui l'analizzatore deve essere
  ruotato, ??, detto rotazione osservata, è uguale
  al numero di gradi di cui la sostanza otticamente
  attiva ha fatto ruotare il piano della luce
  polarizzata. Se l'analizzatore deve essere
  ruotato a destra (in senso orario), la sostanza
  otticamente attiva è detta destrorotatoria ().
  Se invece l'analizzatore deve essere ruotato a
  sinistra (in senso antiorario), la sostanza è
  levorotatoria (-).

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• La rotazione osservata di un campione di una
  sostanza otticamente attiva dipende dalla
  struttura molecolare, dal numero di molecole
  della sostanza contenute nel portacampione, dalla
  lunghezza del tubo, dalla lunghezza d'onda della
  luce polarizzata e dalla temperatura. Tutti
  questi fattori devono essere standardizzati se
  vogliamo confrontare l'attività ottica di
  sostanze diverse. La rotazione specifica, ?, di
  una sostanza otticamente attiva viene espressa
  nel modo seguente 

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• dove l è la lunghezza del tubo portacampione in
  decimetri, e c è la concentrazione in grammi per
  millilitro, t è la temperatura della soluzione e
  ?  è la lunghezza d'onda della luce.
• Il solvente usato viene indicato fra parentesi.
  Le misure vengono effettuate in genere a
  temperatura ambiente . La rotazione specifica,
  come sopra definita, di una sostanza otticamente
  attiva diventa così una proprietà caratteristica
  di quella sostanza, come il punto di fusione, del
  punto di ebollizione o della densità. All'inizio
  del diciannovesimo secolo il fisico francese Jean
  Baptiste Biot (1774-1862) studiò il comportamento
  al polarimetro di un grande numero di sostanze.
  Alcune, come la trementina, l'essenza di limone,
  le soluzioni di canfora in alcol e le soluzioni
  di zucchero in acqua, risultavano otticamente
  attive. Altre, come l'acqua, l'alcol e le
  soluzioni di sale in acqua, erano otticamente
  inattive. Più tardi molti prodotti naturali
  (carboidrati, proteine e steroidi, tanto per
  citarne alcuni) furono aggiunti all'elenco dei
  prodotti otticamente attivi.  Qual è la
  caratteristica strutturale delle molecole che ne
  determina l'attività o la mancanza di attività
  ottica?  Perché le molecole chirali sono
  otticamente attive

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• Quando la luce polarizzata attraversa una
  molecola si ha interazione fra la luce e gli
  elettroni della molecola. L'interazione provoca
  una piccolissima rotazione del piano di
  polarizzazione a causa dellinterazione tra i
  campi elettrici e magnetici generati dal moto
  degli elettroni della molecola e quelli della
  luce. Nel polarimetro noi non mettiamo la
  molecola singola, ma un numero enorme di molecole
  di una data sostanza .
• Se la sostanza è achirale, per ogni molecola in
  una data orientazione che ruota il piano della
  luce polarizzata in una data direzione, esisterà
  sempre un'altra molecola, con orientazione
  speculare, che ruoterà il piano di un angolo
  uguale, in senso opposto. Ne viene che il raggio
  di luce passa attraverso il campione senza subire
  una variazione netta del piano di
  polarizzazione.Le molecole achirali sono
  otticamente inattive..

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• La situazione cambia nel caso di molecole
  chirali. Prendiamo un campione costituito da un
  solo enantiomero (poniamo sia R) di una sostanza
  chirale. Per ogni molecola in una data
  orientazione non esiste più l'orientazione
  speculare (perché l'immagine speculare è propria
  di una molecola diversa, quella dell'enantiomero
  S). La rotazione della luce polarizzata,
  provocata dalla molecola, non è compensata da
  quella di un'altra molecola e la luce,
  nellattraversare il campione, subisce una
  variazione del piano di polarizzazione.Le
  molecole chirali sono otticamente attive.