nº11 polarimetros - Aula Virtual FCEQyN

XI
XI.1
POLARIMETRO
Esquema de un polarímetro
Un prisma de Nicol, al cual se hace incidir un haz de luz natural (no
polarizada) produce un haz polarizado linealmente en un plano, o sea actuará como “prisma
polarizador”. Si ese mismo prisma se ubica después de atravesar una sustancia
(ópticamente activa) servirá para analizar el rayo emergente de dicha sustancia, en dicho
caso, el Nicol será “analizador”.
El prisma de Nicol es de interés histórico, ya que actualmente ha sido
reemplazado por otros polarizadores lineales más efectivos y menos caros. Un ejemplo de
los polarizadores actuales son los discos llamados polaroid, que están formados por una
lámina de nitrato de celulosa que contiene cristales muy pequeños de hepatita (sustancia
sintética llamada sulfato de iodoquinina)
XI.2
El Polarímetro
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Las características del polarímetro con que se trabajará son las siguientes:
Polarímetro de círculo sobre columna y pie, marca Zeiz-Jena, de tres campos
con lámpara espectral de sodio y aparato de alimentación eléctrica
Tubos de porcelana, longitud 2 dm
Graduación de escala bilateral: de 0 a 180º
Valor de la graduación: 1º
Lectura de los nonios: 0,05º (precisión)
Longitud de onda de la luz de medición: 589,3 m µ
Campo luminoso: circular, tripartito
Esquema del Polarímetro de Círculo
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fuente luminosa
lente de iluminación
filtro de luz
filtro polarizador
placa de Laurent
tubo polarimétrico
filtro analizador
objetivo de anteojo
ocular del anteojo
lupas
plano de graduación y
de los nonios
accionamiento
La luz que parte de la lámpara espectral de sodio llega a la lente de iluminación, atraviesa
un filtro de cristal de color y se polariza en el Nicol para luego llegar a la sustancia a
analizar. La solución ópticamente activa está contenida en tubos de porcelana, los cuales
deben ser llenados de forma que no queden en ellos, burbujas de aire que interfieran el paso
de la luz. Después de atravesar el tubo, la luz cuyo plano de polarización rotó, pasa al
Nicol analizador, el cual está fijamente unido al círculo graduado que pude girarse. Al
girar el círculo graduado, el campo tripartito observado por el ocular, comenzará a aclarar
el campo oscuro hasta quedar totalmente iluminados los tres sectores. En este punto, se lee
el ángulo de rotación, en la escala graduada, experimentado por la sustancia analizada. La
graduación se extiende de 0º a 180º sobre ambas mitades del círculo; existe además un
Vernier con 20 intervalos de 0,05º cada uno (nonios) (Figura 1)
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Antes de la lectura de la sustancia en solución deberá medirse la rotación angular
provocada por el solvente puro (por ejemplo: agua) para luego restársela a la rotación del
solvente más el soluto
Figura 1
Mirada a través de las lupas de lectura a la graduación del
círculo 0º hasta 180º con nonio I y nonio II.
Graduación de escala bilateral: 0 hasta 180º
Valor de graduación: 1º
Lectura de los nonios: 0,05º
La graduación angular para sustancias de rotación hacia la
derecha está dispuesta con valores incrementales desde 0 hasta
180º, con el fin de poder abarcar también grandes ángulos de
rotación y para diseñar un nonio de forma sencilla.
Al tratarse de rotaciones hacia la izquierda, hace falta
determinar el valor de medición como ángulo suplementario de
la lectura:
Valor de lectura – 180º = - ángulo de rotación (levógiro)
Ejemplo: Lectura 170,50º y el punto cero es igual a + 0,15º.
170,5º - 180º - 0,15º = -9,65º (ángulo de rotación levógiro)
Figura 2
Posición inicial del nonio después del
enfoque del campo visual a igual
claridad. Tubo polarimétrico lleno de
agua destilada (valor de lectura: +
0,10º)
Figura 3
Después de haber llenado el tubo
polarimétrico
de
la
sustancia
ópticamente activa y reenfoque de la
nitidez de las líneas divisorias
Figura 4
Posición definitiva del nonio después
de enfocar el campo visual a igual
claridad. El tubo polarimétrico
llenado de la sustancia ópticamente
activa (valor de lectura: 3,65º)
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Lectura del Valor de Medición (Figuras 2, 3 y 4)
La lectura del enfoque del analizador se hace en la escala graduada con
ayuda de los nonios I y II. La graduación se extiende en sentido contrario de las agujas del
reloj desde 0 hasta 180º sobre ambas mitades del círculo. El valor de escala graduado se
puede leer a través de las lupas de unos cuatro aumentos que están dispuestas en el ocular.
En el enfoque y la lectura, el ojo permanece siempre en el mismo lugar detrás del ocular y
tan sólo cambia la dirección visual.
Enfoque y lectura se efectúan una vez con el tubo polarimétrico
lleno de agua destilada (Figura 2)
Luego con el tubo polarimétrico lleno de la sustancia ópticamente
activa (Figura 3 y 4)
Hay que observar la regla de determinar en cada medición la posición inicial,
puesto que ésta depende de factores personales del observador y no siempre coincide con el
punto cero de la graduación.
Se hace la lectura de los grados enteros, detrás de los cuales se encuentra el
trazo cero del nonio y se agrega el número de los décimos y medios grados determinando, a
tal objeto, qué trazo del nonio coincide con un trazo de la graduación.
Ejemplo para la posición inicial del nonio I (Figura 2)
El trazo cero del nonio se halla entre 0 y 1 de la graduación, el trazo del
nonio indicador de 0,1 coincide con un trazo de la graduación. Por consiguiente, se hace la
lectura: + 0,10º.
Ejemplo para la posición terminal del nonio I (Figura 4)
El trazo cero del nonio se halla entre los trazos 3 y 4 de la graduación, el
trazo del nonio indicador de 0,65 coincide con un trazo de la graduación. Por consiguiente,
se hace la lectura: + 3,65º.
La diferencia entre las posiciones terminal e inicial nos da el ángulo de
rotación:
+ 3,65º - 0,10º = + 3,55º (ángulo de rotación)
El signo + significa una rotación hacia la derecha y el signo – indicará una
rotación hacia la izquierda.
Si la posición inicial hubiera sido – 0,10º, entonces:
+ 3,65º - ( -0,10º)= + 3,75º (ángulo de rotación)
Al tratarse de rotaciones pequeñas, es suficiente servirse sólo del nonio I. El
nonio II sirve para eliminar una excentricidad eventualmente existente en los círculos y
para reducir el error de medición fotométrica. El nonio II se utilizará para rotaciones
grandes, tomando el promedio de las dos lecturas efectuadas en los nonios I y II.
Es recomendable repetir varias veces los enfoques y lecturas para obtener el
resultado promedio.
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XI.2.3
Explicación del Campo Visual Tripartito
Al mirar a través del ocular, teniendo encendida la lámpara de sodio, se verá
un campo luminoso circular, dividido en tres sectores, de color rojo amarillento (Figuras 2
a 4) Al girar el analizador, los dos sectores exteriores llegan a oscurecerse y aclararse
siempre al mismo tiempo y uniformemente, mientras que la parte del medio muestra una
variación de claridad contraria. Dos líneas nítidas separan la parte del medio de los dos
sectores exteriores. Esta tripartición permite un enfoque fácil del ángulo de rotación. Hay
dos posiciones del analizador separadas 90º entre sí, en las cuales aparecerá la parte del
medio con la misma claridad que los dos sectores exteriores. En una de las dos posiciones
(la más clara) la sensibilidad de enfoque es muy reducida y, en la otra (la más oscura), la
densidad luminosa de las partes del campo visual cambia rápidamente en sentido contrario,
de modo que, en este caso, el enfoque a igual densidad luminosa puede efectuarse con
mucha exactitud. En esta posición de “penumbra” sensible se trabaja con el polarímetro.
Por giro del analizador, las mitades del campo visual se igualan de tal suerte en su densidad
luminosa que las líneas de separación desaparezcan casi completamente.
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