Polarimetrie

Chirale Substanzen können bei Durchleuchtung die Ebene von polarisiertem Licht drehen. Wie nutzt die Messtechnik diese Eigenschaft und welche physikalischen Grundlagen liegen hier zugrunde? Wie kann ein Polarimeter den Winkel dieser Drehung detektieren oder daraus die Konzentration oder Reinheit eines Stoffes bestimmen? Hier erfahren Sie mehr: Wie werden Polarimeter und ihre automatisierten Anwendungen für normengerechte Messverfahren eingesetzt? Wie funktioniert die Messung und welche Proben sind messbar? Welches Gerät passt zum gewünschten Anwendungsbereich?

Polarimetrie

Optische Aktivität / Chiralität / Enantiomere

Als optische Aktivität beschreibt man die Eigenschaft bestimmter Substanzen die Polarisationsrichtung des Lichtes zu drehen. Man unterscheidet zwischen rechtsdrehenden und linksdrehenden Substanzen.

Chiralität beruht auf der unterschiedlichen räumlichen Anordnung von Atomen und Atomgruppen um eines oder mehrere Stereozentren. Chirale Objekte besitzen kein Spiegel-Symmetriezentrum, dieses Kriterium gilt auch für chemische Verbindungen. Ein wenig vergleichbar in ihrer Abbildung in der rechten und linken Hand.

Enantiomere sind chirale Moleküle. Bei ihnen sind Bild und Spiegelbild nicht deckungsgleich. Die Enantiomere besitzen zueinander eine gespiegelte Molekülgruppe. Alle Verbindungen, die solch eine Struktur aufweisen, sind optisch aktiv.

Polarimetrie

Polarisation einer elektromagnetischen Welle

Polarisation einer elektromagnetischen Welle beschreibt die Richtung ihrer Schwingung. Ein Wellenpaket, bestehend aus vielen elektromagnetischen Wellen, ist im Normalfall unpolarisiert. Besitzen Wellen nur eine Schwingungsebene, nennt man sie polarisiert. Das menschliche Auge kann polarisiertes Licht von unpolarisiertem nicht unterscheiden.

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Optischer Drehwert

Der Optische Drehwert ist ein Maß für die Veränderung der Polarisationsebene des linear polarisierten Lichtes nach der Wechselwirkung mit einer chiralen Substanz. Er kann experimentell mit einem Polarimeter bestimmt werden.

Polarimetrie

Spezifischer Drehwinkel

Bei der „spezifischen Drehung“ handelt es sich um eine stoffspezifische Eigenschaft. Sie ist bei gegebener Wellenlänge des Lichts λ und Temperatur t eine Konstante für jede optisch aktive Substanz. Bei bekannter Konzentration c und Länge der Probe l kann der sogenannte spezifische Drehwinkel einer Substanz bei der Wellenlänge des Lichts λ und der Temperatur t bestimmt werden.

Die spezifische Drehung resultiert, mathematisch sehr einfach, aus den Bezugsgrößen der optischen Drehung – also dem eigentlichen Messwert – der Röhrenlänge und der Konzentration der Probe. Misst man für eine Lösung den Drehwinkel α, dann ist:

Der spezifische Drehwinkel einer Probe darf daher nicht mit dem optischen Drehwinkel verwechselt oder gleichgesetzt werden. Angaben der spezifischen Drehung findet man in der Literatur für die bessere Vergleichbarkeit immer mit Bezug auf die Standardbedingungen für die Wellenlänge des Lichtes (λ = 589nm) und der Temperatur (t = 20,0 °C).

Polarimetrie

Quarz

Quarze gehören zu den sehr stabilen optisch aktiven Festsubstanzen. Anders als viele Flüssigkeiten und Mischungen verändern sich ihre Dreheigenschaften mit der Zeit kaum. Dies macht sie zu idealen Referenzmaterialien. So genannte Quarzkontrollplatten – also Röhren mit einer feinen Quarzscheibe im Inneren –  haben sehr genau definierte Drehwinkel und sind daher unübertroffene Hilfsmittel zur Kalibrierung und Justierung von Polarimetern.

Wie funktioniert eigentlich ein Polarimeter?

Polarimeter messen die Veränderung der Polarisationsebene des linear polarisierten Lichtes nach der Wechselwirkung mit einer chiralen Substanz. Sie liefern Aussagen zur spezifischen Drehung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn.

Wie funktioniert ein Polarimeter?

Normen und Richtlinien

Polarimeter werden unter der Berücksichtigung von Normen konzipiert und genutzt. Wer Polarimeter nach normativen Vorgaben einsetzt, kann gewährleisten, dass Messungen korrekt und nach reproduzierbar ablaufenden Verfahren arbeiten. Wir haben eine Übersicht von Normen und Richtlinien erstellt, die auf Polarimeter verweisen.

Normen und Polarimeter

Proben und Messwerte

Polarimeter sind in vielen Bereichen ein nahezu unverzichtbares Messinstrument. Ihre Messergebnisse dienen der Qualitätskontrolle oder sie werden genutzt um Identität und Qualität von Stoffen sowie ihre Konzentration in Mischungen festzustellen. Aber welche Substanzen lassen sich überhaupt detektieren? Wir haben eine umfangreiche Übersicht an Proben und deren spezifischer Drehwinkel zusammengestellt.

Proben und Messwerte

Polarimeter Anwendungen

Anhand des Drehwinkels lassen sich die Identität und Qualität von Stoffen sowie ihre Konzentration in Mischungen feststellen, und ebenso kann er den Fortschritt von Reaktionen und Stoffumsätzen anzeigen. So werden Polarimeter in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt, von der Ermittlung der Reinheit und Konzentration von Medikamenten-Inhaltsstoffen über den Reifetest landwirtschaftlicher Produkte bis zur Messung des Zuckergehalts in Getränken und Süßwaren.

Typische Anwendungen unserer Polarimeter

Automatisierung mit Polarimetern

Maximale Effizienz und erhöhte Zeitersparnis durch Automatisierungsmöglichkeiten - mit unseren Polarimetern P8000-TF und P8100-TF mit ihren temperierbaren Messröhren kann der gesamte Messprozess von der Probenzufuhr über die Reinigung bis hin zur Trocknung halb- oder vollautomatisch und ohne manuelles Eingreifen durchgeführt werden.

Mehr zur Automatisierung

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