قطب سنج ها

قطب سنج ها ابزارهای علمی هستند که برای اندازه گیری چرخش صفحه نور قطبی شده هنگام عبور از نمونه ای از ترکیبی که فعالیت نوری از خود نشان می دهد استفاده می شود.

نمایش همه تولیدکنندگان قطب سنج ها

بسیاری از ترکیبات شیمیایی می توانند در بیش از یک شکل فعال نوری وجود داشته باشند. هر شکل فعال نوری یا ایزومر یک ترکیب قادر خواهد بود صفحه نور قطبی شده را با مقدار مشخصه آن ایزومر بچرخاند.

پلاریمتری یک روش حساس و غیر مخرب برای اندازه گیری فعالیت نوری این ترکیبات معدنی و آلی است. چشم انسان نمی تواند تشخیص دهد که آیا نور قطبی شده است (نوری که از امواجی تشکیل شده است که فقط در یک مکان ارتعاش می کنند)، اما اثرات قطبش را می توان با استفاده از فیلترهای پلاریزه مشاهده کرد. 

پلاریمتری میزان برهمکنش یک ماده با نور پلاریزه صفحه و اینکه آیا نور پلاریزه شده صفحه را به چپ، به راست می چرخاند یا اصلاً نمی چرخاند، اندازه گیری می کند.

توضیحات پلاریمتر 

ماده ای از نظر نوری فعال است اگر نور پلاریزه شده صفحه را به چپ یا راست بچرخاند . برای فعال بودن نوری، یک ترکیب باید دارای یک مرکز کایرال باشد - کربنی که چهار گروه مختلف به آن متصل است. بسته به جهت گیری این چهار گروه مختلف در مورد کربن کایرال، این ترکیب ممکن است نور پلاریزه شده صفحه را به چپ یا راست بچرخاند.

ترکیباتی که اصلاً نور را نمی‌چرخانند فاقد مرکز کایرال هستند.

تعداد درجه ها و جهت چرخش اندازه گیری می شود تا چرخش مشاهده شده فراهم شود . این اندازه گیری باید برای طول سلول مورد استفاده و غلظت محلول اصلاح شود. مقایسه چرخش مشاهده شده اصلاح شده با مقادیر منتشر شده می تواند به شناسایی یک ترکیب ناشناخته کمک کند.

عملیات

از آنجایی که پلاریمترها از نور پلاریزه استفاده می کنند، نور غیرقطبی از منبع نور ابتدا باید پلاریزه شود و سپس از یک سلول نمونه عبور کند. آنالایزر تا رسیدن به شرایط انتقال صفر می چرخد، زمانی که محورهای انتقال قطبی و آنالایزر در زوایای قائم با یکدیگر قرار دارند و نوری از دستگاه عبور نمی کند. این قرائت در مقیاس مدرج ذکر شده است.

اگر یک ماده فعال نوری در یک لوله نمونه باشد، آنالایزر تا زمانی که حالت تاریک اولیه بازگردد، چرخانده می شود. چرخش با نگاه کردن به تحلیلگر مشاهده می شود و با تغییر در شدت روشنایی مشخص می شود. قرائت جدید روی ترازو مشخص شده است و تفاوت بین دو قرائت میزان چرخش نور پلاریزه شده توسط محلول نوری فعال را بر حسب درجه نشان می دهد. پلاریمترهای مدرن چرخش را به صورت الکترونیکی یا با لیزر تعیین می کنند و نتایج در عرض چند ثانیه بر روی صفحه دیجیتال ارائه می شود.

اجزا و انواع

پلاریمترها دارای دو صفحه پلاروئید هستند که از هم جدا شده اند. صفحه پایینی به طور کلی ثابت است و به عنوان پلاریزه شناخته می شود . صفحه بالایی قابل چرخش است و به عنوان آنالایزر شناخته می شود . پلاریمترها دارای دو منشور نیکول هستند که نوعی پلاریزه کننده است. این پلاریزه، یک منشور ثابت، برای تولید یک پرتو قطبی شده نور استفاده می شود. آنالایزر برای مشاهده نور پلاریزه تولید شده استفاده می شود و می تواند بچرخد. پلاریمتر از یک منبع نور استفاده می کند که معمولاً یک لوله تخلیه جیوه یا سدیم است.

چندین نوع مختلف پلاریمتر وجود دارد.

• پلاریمترهای دایره ای دو فیلتر پلاریزه دارند که به گونه ای قرار گرفته اند که نوری از ترکیب عبور نکند. اگر یک نمونه فعال نوری بین این فیلترها آورده شود، نور دوباره عبور می کند. با چرخاندن یکی از فیلترها برای تغییر موقعیت تاریک، می توان میزان چرخش وارد شده توسط نمونه را اندازه گیری کرد.

• پلاریمترهای گوه ای کوارتز از گوه کوارتز به جای آنالایزر چرخشی استفاده می کنند. گوه در طول پرتو حرکت می کند تا زمانی که چرخش القا شده توسط نمونه لغو شود.

قطب سنج های بردار استوکس و ماتریس مولر

پلاریمترهای اندازه گیری نور (بردار استوکس) خواص پلاریزاسیون یک پرتو نور را اندازه گیری می کنند. پلاریمترهای برداری استوکس با اندازه گیری شار پرتو در هنگام عبور از چهار فیلتر قطبش منحصر به فرد، چهار ویژگی یک پرتو نور فرودی، عناصر برداری استوکس را به دست می آورند. اجزای بردار چهار عنصری استوکس به طور کامل وضعیت پلاریزاسیون نور فرودی را توصیف می کند.

نور کاملاً پلاریزه ممکن است متعلق به یکی از دو خانواده قطبش خطی یا قطبش دایره ای باشد. جهت گیری از بردار استوکس فقط برای موارد زیر اعمال می شود:

• پلاریزه خطی (افقی یا عمودی)

• تا حدی خطی (یعنی بیضوی) (افقی یا عمودی)

• راست دست یا چپ دست قطبی شده گردش خون

• غیر قطبی

پلاریمترهای نمونه اندازه گیری (ماتریس مولر) خواص پلاریزاسیون یک ماده خاص را اندازه گیری می کنند. پلاریمترهای ماتریس مولر را می توان به عنوان یک جفت پلاریمتر برداری استوکس در نظر گرفت که با هم برای تعیین خواص پلاریزاسیون یک ماده خاص کار می کنند.

پلاریمترهای مولر مجموعه ای از حداقل 16 اندازه گیری را با استفاده از حالت های ژنراتور و تحلیلگر منحصر به فرد برای استنتاج ماتریس مولر 4×4 انجام می دهند. همانند بردار استوکس، ماتریس مولر به طور کامل خواص پلاریزاسیون نمونه را توصیف می کند. از این ماتریس، تعدادی از خواص نوری نمونه از جمله کاهش، کندی، و شاخص دپلاریزاسیون قابل استنباط است. کاهش و تاخیر ممکن است بیشتر به قطبش خطی و دایره ای تبدیل شود.

معیارهای انتخاب

هنگام انتخاب پلاریمتر، خریداران باید به متغیرهای رایج در طراحی و انتخاب پلاریمتر توجه کنند. اینها عبارتند از

کامل در مقابل ناقص

• پلاریمترهای کامل بردار استوکس کامل یک پرتو نوری را اندازه گیری می کنند یا ماتریس کامل مولر یک نمونه را اندازه می گیرند. اغلب، برخی از ویژگی ها را می توان نادیده گرفت و اندازه گیری تمام عناصر استوکس یا مولر ضروری نیست.

• پلاریمترهای ناقص زیرمجموعه ای از ویژگی ها را اندازه گیری می کنند و ممکن است برای ساده سازی فرضیات در مورد موج نور یا نمونه مناسب استفاده شوند.

ترتیب زمانی در مقابل همزمان

• پلاریمترهای متوالی زمان، مجموعه ای از اندازه گیری شار را به صورت متوالی در زمان می گیرند. بین هر اندازه گیری، ژنراتور پلاریزاسیون و تحلیلگر تغییر می کند. آنها اغلب از عناصر قطبش دوار حاوی مجموعه ای از تحلیلگرها و همچنین یک منبع و آشکارساز تک استفاده می کنند. مزیت این دستگاه این است که تنها به یک قطب سنج نیاز است که راه اندازی و جداسازی را بسیار آسان می کند. نقطه ضعف پلاریمتری متوالی این است که تغییرات در میدان تابش قابل اندازه گیری نیست.

• پلاریمترهای همزمان همه تصاویر لازم را به طور همزمان می گیرند. مزیت پلاریمتری همزمان این است که می توان میدان های تابشی در حال تغییر زمانی (نور خورشیدی پس از غروب یا قبل از طلوع خورشید) را نیز اندازه گیری کرد. نقطه ضعف این است که حداقل سه پلاریمتر باید به طور همزمان انجام شود، که اغلب دشوار و وقت گیر است.

تک رنگ در مقابل چند رنگ

• پلاریمترهای تک رنگ حاوی همان نوع رنگدانه بصری هستند

• پلاریمترهای پلی کروماتیک حاوی رنگدانه های بصری با چندین رنگ هستند.

قطب سنج تصویری در مقابل قطب سنج غیرتصویری

• پلاریمترهای تصویربرداری یک تصویر برداری استوکس یا یک تصویر ماتریس مولر را از تصاویر خام جمع آوری شده از آنالیزورهای مختلف از طریق آشکارساز آرایه نقطه کانونی قطب سنج اندازه گیری می کنند. این دستگاه ها به دلیل عوامل محیطی یا کاربر مانند حرکت منبع، حرکت پلاریمتر و ارتعاش، به عدم تراز بسیار حساس هستند.

• دستگاه های غیرتصویربرداری به طور متوسط ​​در یک منطقه تنها چند درجه قطبش را نشان می دهند.

دستی (بصری) در مقابل الکترونیکی (اتوماتیک)

• پلاریمترهای دستی از کاربران می خواهند که تحلیلگر را به صورت فیزیکی بچرخانند. آشکارساز چشم کاربر است و زاویه آن بر روی مقیاسی که آنالایزر را احاطه کرده است مشخص شده است. این طرح اولیه هنوز در ساده ترین پلاریمترها استفاده می شود.

• پلاریمترهای نیمه اتوماتیک نیاز به تشخیص بصری دستی دارند اما از دکمه هایی برای چرخاندن تحلیلگر و ارائه نمایشگرهای دیجیتال استفاده می کنند.

• پلاریمترهای تمام اتوماتیک دارای ابزارهای تشخیص و تجزیه و تحلیل خودکار هستند که به کاربر یک بازخوانی دیجیتالی می دهد.

منبع نور

• لامپ های قوس طیفی - سدیم یا جیوه را می توان برای طول موج های مرئی، فرابنفش (UV) و مادون قرمز (IR) طراحی کرد و برای پایداری طول موج و کالیبراسیون طولانی مدت مناسب است.

• لامپ‌های رشته‌ای (تنگستن) ارزان‌تر از لامپ‌های قوس طیفی هستند، اما محدود به تابش مرئی و IR هستند.

برنامه های کاربردی

کاربردهای تحقیقاتی

صنعت، موسسات تحقیقاتی و دانشگاه ها از پلاریمتری برای موارد زیر استفاده می کنند:

• جداسازی و شناسایی مجهولات متبلور شده از حلال های مختلف یا جداسازی شده توسط کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC).

• بررسی واکنش های جنبشی با اندازه گیری چرخش نوری به عنوان تابعی از زمان.

• نظارت بر تغییرات غلظت یک جزء فعال نوری در یک مخلوط واکنش، مانند برش آنزیمی.

• تجزیه و تحلیل ساختار مولکولی با رسم منحنی های پراکندگی چرخشی نوری در طیف گسترده ای از طول موج ها.

• تمایز بین ایزومرهای نوری

برنامه های کاربردی کنترل کیفیت و فرآیند

برنامه های کاربردی کنترل کیفیت و فرآیند، چه در آزمایشگاه و چه به صورت آنلاین در کارخانه، در سراسر صنایع دارویی، اسانس، طعم، مواد غذایی و شیمیایی یافت می شود. چند نمونه در زیر ذکر شده است.

صنعت داروسازی - برای تعیین خلوص محصول می توان از پلاریمترها با اندازه گیری چرخش خاص و چرخش نوری ترکیباتی مانند اسیدهای آمینه، آنتی بیوتیک ها، آرام بخش ها و آنتی بیوتیک ها استفاده کرد.

برای آزمایش های دارویی، بیشتر کارها با استفاده از نور 589 نانومتر (خط سدیم D) انجام می شود. برای پلاریمترهای الکترونیکی (اتوماتیک)، دقت کل 0.01 درجه امکان پذیر است.

صنعت طعم، عطر و اسانس - پلاریمتری مرحله مهمی برای بازرسی مواد خام ورودی (کامفورها، صمغ ها، اسیدهای طبیعی و روغن های طبیعی) است.

صنایع غذایی - پلاریمترها کیفیت محصول را با اندازه گیری غلظت و خلوص ترکیبات زیر در غذاهای حاوی قند، غلات و شربت ها تضمین می کنند: کربوهیدرات ها، ساکارز، گلوکز، فروکتوز، نشاسته های مختلف و غیره.

صنایع شیمیایی - تجزیه و تحلیل چرخش نوری به عنوان ابزاری برای شناسایی و مشخص کردن مواد شیمیایی، از جمله پلیمرهای زیستی، طبیعی و مصنوعی، یک کاربرد اضافی برای پلاریمترها است.

استانداردها / کالیبراسیون

ASTM International (که قبلاً انجمن آمریکایی آزمایش و مواد (ASTM) نامیده می شد، ASTM C1426 را در مورد شیوه های استاندارد برای تأیید و کالیبراسیون پلاریمترها حفظ می کند. سایر استانداردها نحوه استفاده از پلاریمترها را در آزمایشات استاندارد توصیف می کنند (مانند ASTM F218 برای تجزیه و تحلیل تنش در شیشه). انجمن مهندسین تولید (SME) SME EM930116 را حفظ می کند. برای اندازه گیری سریع کانتور سازه های کامپوزیتی با استفاده از تداخل سنج ردیابی سه بعدی (3D).

منبع

globalspec