Polarimetria

Un raggio di luce si dice linearmente polarizzato quando le vibrazioni elettromagnetiche che gli corrispondono avvengono in uno stesso piano detto piano di vibrazione perpendicolarmente alla direzione di propagazione del raggio. La luce naturale, ed in genere le radiazioni emesse da una sorgente non sono polarizzate ovvero le vibrazioni si compiono in tutte le direzioni perpendicolari al cammino del raggio luminoso.

luce polarizzata

Per ottenere luce polarizzata ci si avvale di polarizzatori che sono di vari tipi:

–          Polarizzatori a riflessione

–          Polarizzatori per birifrangenza

–          Polarizzatori dicroici

Polarizzatori a riflessione: la luce polarizzata può essere ottenuta facendo incidere un fascio di luce su una superficie riflettente ed utilizzando il raggio riflesso. Nel raggio riflesso, infatti, la parte dell’onda che ha asse di polarizzazione appartenente al piano di incidenza riflessione viene riflessa meno rispetto a quella con polarizzazione perpendicolare al piano di incidenza riflessione.  C’è poi un angolo di incidenza caratteristico delle specie riflettenti detto angolo di Brewster per il quale la polarizzazione è quasi totale.

I polarizzatori a riflessione sono scarsamente usati perché di basso rendimento luminoso.

Polarizzatori per birifrangenza: si definisce birifrangente un mezzo trasparente, non isotropo, che attraversato dalla luce in determinate direzioni dà luogo a due distinti raggi rifratti, ordinario e straordinario, linearmente polarizzati in piani perpendicolari tra loro. Per la costruzione di polarizzatori per birifrangenza si utilizzano cristalli di quarzo e di calcite. Il polarizzatore per birifrangenza più usato è il prisma di Nicol:

prisma di nicol

Si ottiene sezionando un cristallo di calcite e saldando le due parti con balsamo del Canada, trementina ottenuta dalla resina dell’abete balsamico. L’inclinazione del piano di sezione è tale che il raggio incide sullo strato di balsamo con un angolo superiore all’angolo limite di rifrazione ed è quindi totalmente riflesso. Il raggio straordinario attraversa il prisma ed emerge polarizzato parallelamente alla sezione principale del Nicol.

Polarizzatori dicroici: un mezzo birifrangente si dice dicroico quando uno dei due raggi rifratti è parzialmente o totalmente assorbito. Un polarizzatore dicroico è quello a tormalina costituito da una lamina di tormalina tagliata parallelamente all’asse ottico e spessa qualche millimetro. Tale spessore è sufficiente perché il raggio ordinario sia completamente assorbito e quindi emerge il solo raggio straordinario.

L’analisi polarimetrica sfrutta la proprietà che hanno alcune sostanze, dette otticamente attive, di ruotare il piano della luce polarizzata. Le specie otticamente attive hanno asimmetria molecolare presentando un atomo, spesso di carbonio asimmetrico, ovvero legato a quattro gruppi diversi come nel caso del 2-butanolo.

Misure quantitative dell’angolo di rotazione vengono effettuate tramite polarimetri. In  essi la luce ordinaria ( di solito radiazione monocromatica del sodio) entra nel polarizzatore e viene convertita in luce polarizzata che passa attraverso il campione per arrivare a un altro prisma di Nicol detto analizzatore. Quando il tubo porta campioni è vuoto o contiene sostanze non otticamente attive la quantità di luce che passa è massima quando l’angolo dell’analizzatore è di 0°. Se invece nel porta campioni viene posta una sostanza otticamente attiva è necessario ruotare di un certo angolo dallo 0° per ottenere il massimo della luce trasmessa. L’entità della rotazione dipende da molti fattori quali il volume del campione, la sua concentrazione, la lunghezza del tubo, la temperatura, la lunghezza d’onda della luce e il solvente.

Per ottenere risultati confrontabili si definisce il potere ottico rotatorio specifico [α]λt  ovvero la rotazione espressa in gradi causata da un grammo di sostanza sciolto in 1 mL di soluzione in un tubo polarimetrico lungo un decimetro.

Il valore della rotazione, che può essere oraria (+) o antioraria (-) così determinato, costituisce una caratteristica del composto esaminato, sempre che tutte le altre variabili siano tenute costanti.

[α]λt  = α / l p

Dove α è l’angolo di rotazione, l lo spessore in dm3 e p sono i grammi di sostanza per millilitro. Sostituendo in tale espressione al valore di p la concentrazione percentuale c del soluto si ha:

c = α x 100 /[α]λl

la proporzionalità espressa tra concentrazione di soluto ed angolo di rotazione della luce polarizzata è alla base dell’analisi polarimetrica quantitativa che ha una vasta applicazione nell’industria saccarifera dove il controllo della produzione degli zuccheri si esegue esclusivamente per via polarimetrica.

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Author: Chimicamo

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