POLARIMETRÍA

Ariana Ulate

POLARIMETRÍA La polarimetría es una técnica que se basa en la medición de la rotación óptica producida sobre un haz de luz polarizada al pasar por una sustancia ópticamente activa.La actividad óptica rotatoria de una sustancia, tiene su origen en la asimetría estructural de las moléculas. Es una técnica no destructiva consistente en medir la actividad (rotación) óptica de compuestos tanto orgánicos como inorgánicos. Un compuesto es considerado ópticamente activo si la luz linealmente polarizada sufre una rotación cuando pasa a través de una muestra de dicho compuesto. La rotación óptica viene determinada por la estructura molecular y la concentración de moléculas quirales. Cada sustancia ópticamente activa tiene su propia rotación específica, determinada por la sigui ente ecuación:

Principios de la polarimetría Los componentes básicos del polarímetro son: y y y y y

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Una fuente de radiación monocromática Un prisma que actúa de polarizador de la radiación utilizada Un tubo para la muestra Un prisma analizador  Un detector (que puede ser el ojo o un detector fotoeléctrico1)

http://www.fquim.unam.mx/sitio/usai_infra.asp

Ariana Ulate

La luz polarizada es aquella que ha pasado a través de un ³polarizador´, que fuerza ondas electromagnéticas aleatorizadas hacia un plano. Cuando esta luz polarizada en un  plano pasa a través de una sustancia ópticamente activa (por ejemplo, una solución de una sustancia química ópticamente activa), el plano de polarización se gira en una cantidad que es característica de la sustancia examinada. Los polarímetros detectan la posición delplano y la comparan con su posición original siendo la diferencia la rotación, que se expresa normalmente en grados angulares (ºA). A un cierto ángulo de incidencia denominado de incidencia brewsteriana, el haz de luz se refracta forma un ángulo de 90º con el haz que se refleja; éste sólo tiene vibraciones normales al plano de incidencia. Este plano de incidencia es el plano de polarización. Se coloca un tubo de muestra que contiene el líquido (solución) examinado entre dos elementos polarizantes (tira polaroide o cristal de calcita). El primer elemento, el  polarizador , polariza la luz antes de que pase a través de la muestra. El segundo elemento, el analizador , puede girarse para contrarrestar cualquier rotación por la muestra y, por tanto, localiza la posición angular resultante del plano de la luz y, por lo tanto, la cantidad de rotación causada por l a muestra. En la industria del azúcar, la rotación se expresa sobre una escala diferente, llamada Escala Internacional del Azúcar (ISS en sus siglas inglesas), que se denot a como ºZ. Los polarímetros que se han diseñado para su uso específicamente en la industria del azúcar  se conocen como sacarímetros.

Actividad óptica Sólo ciertas sustancias químicas tienen actividad óptica; el origen de esta es un campo complejo de la química y, en realidad, no es necesario dominarlo para apreciar la polarimetría básica. Un ejemplo de una molécula ópticamente activa es un azúcar. El agua y otros disolventes comunes que son ópticamente activos y, por lo tanto, cuando se preparan soluciones, la sustancia química ópticamente activa (por ejemplo, el azúcar en el agua) es la que causa rotación, no el disolvente.

Rotación y rotación específica La rotación es una función lineal de la concentración tanto de la sustancia examinada como de la longitud de la vía de la solución (= longitud del tubo). Por lo tanto, al duplicar la concentración se duplicará la rotación angular; al duplicar la longitud del tubo también se duplicará la rotación. La rotación específica de una sustancia química es simplemente una rotación angular  obtenida en condiciones de medición estándar: concentración, longitud del tubo, temperatura y longitud de onda. La mayoría de las rotaciones específicas tiene como referencia la longitud de onda del sodio, de 589 nm. La rotación específica es una característica única de una sustancia química y, desde luego, puede ser cualquier ángulo; a menudo ti ene una magnitud superior a ± 90°. Longitud de onda

La longitud de onda del sodio, de 589 nm, es, con mucho, la fuente luminosa más común que se usa en la polarimetría; la mayoría de los métodos experimentales y los datos publicados se basan en esta longitud de onda. Otra fuente popular es el mercurio, con una longitud de onda de 546 nm; existe cada vez un mayor interés por la longitud de onda del infrarrojo cercano, de 880 nm, debido a su capacidad para penetrar las muestras que absorben muestras oscuras y con color es intensos que absorben luz.

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Intervalo angular: ambigüedad

Los polarímetros sólo pueden detectar la posición del PLANO de luz antes de entrar en la muestra y después de transmitirla a través de la muestra. La diferencia angular (= rotación) puede proporcionar un resultado ambiguo porque una rotación positiva, por ejemplo, de 110°, es la misma posición del PLANO que una rotación negativa de -70. Por lo tanto, una muestra con una rotación de +110 mostrará -70en el intervalo de grados predeterminado

El instrumento no puede decidir por sí solo cuántas veces el plano ha pasado por la posición de referencia de 180º a lo largo de la longitud de la vía de la muestra. Depende del usuario conocer el intervalo (segmento angular) en el que se situará el resultado preparar el experimento para establecer la rotación absoluta. Por esta razón, con polarímetros digitales automáticos, el usuario debe seleccionar el intervalo angular de medición, conociendo (aproximadamente) dónde se situará la lectura. En el caso de rotaciones angulares grandes (magnitud superior a ±90°), es habitual que el usuario varíe sistemáticamente la concentración (o longitud del tubo) y mida las rotaciones correspondientes. De esta manera, es posible determinar la diferencia entre una rotación de +270º y +90º. Desde luego, con los polarímetros manuales o semiautomáticos , es posible visualizar el círculo completo de ±180°. El resultado continúa siendo ambiguo, pero el usuario puede seleccionar uno de los dos puntos de la escala circular o tambor rotatorio, lo que resulte adecuado. El instrumento no decide c uál es la posición correcta; es el usuario quien lo hace. Con polarímetros completamente automáticos , es habitual proporcionar una visualización de ±90°. Luego, el usuario debe decidir si continúa experimentando con concentraciones o longitudes del tubo para investigar la magnitud de la rotación. Así pues, cuando se visualiza una lectura de 45º, puede que el usuario deba añadir 180º, sabiendo que la rotación absoluta es de 225º (en este caso, una dilución del quíntuplo continuará dando una lectura de 45º)2.

Factores físicos que afectan la actividad óptica 

Temperatura: el efecto de la temperatura tiene poca importancia si no se modifica en más de un grado en relación con la temperatura considerada por la Farmacopea (20ºC). Existen tablas de corrección para los azúcares.

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Longitud de onda de la luz: la rotación específica es inversamente proporcional a cuadrado de la longitud

Factores que modifican la intensidad de la desviación el ángulo de desviación es pro porcional a la longitud de la muestra de la sustancia que se atraviesa y además, en el caso de soluciones de sustancias activas a la concentración. Está determinada por: - Concentración - Longitud del tubo (10-20 cm) Ley de Biot:

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http://www.bs-ltd.com/general_pdfs/P001E.pdf 

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Aplicaciones 

Los polarímetros son instrumentos ópticos para medir la rotación o el ³giro´ de la luz. Determinan la actividad óptica de moléculas en disolución.

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Estudio del control de calidad de estructuras químicas complejas.

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Investigación y desarrollo, para que el esté en posición de investigar las propiedades ópticas de los materiales examinados, para det erminar una sustancia nueva.

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A través de esta medida se puede hallar la concentración, contenido y pureza de la sustancia.

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Dentro de la investigación es frecuente el uso para, aislamiento de cristalizados, evaluar y caracterizar compuestos ópticamente activos, reacciones cinéticas, monitorización y cambios de concentración así como actividades.

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En el campo de el control de calidad y control de procesos la polarimetría se usa en diferentes ramas como: Farmacia: aminoácidos, analgésicos, cocaína, dextrosa, codeína, antibióticos Alimentación: carbohidratos, glucosa, maltosa, monosacáridos naturales Química: biopolímeros, polímeros sintéticos, polímeros naturales y y y

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POLARÍMETR O DE LAURENT

Los polarímetros de penumbra son los más frecuentes en los laboratorios de investigación y profesionales. Constan como piezas fundamentales de dos prismas de tipo nicol, uno polarizador y otro analizador con un dispositivo o pieza adicional colocado a continuación del primero que divide el campo de visión en dos mitades, com o en el de Laurent. En el caso del polarímetro de Laurent, la lámina de semionda, o lámina birrefringente de cuarzo, cubre solamente la mitad del prisma polarizador. El haz de luz que emerge de este se descompone en otros dos cuyos planos de polarización forman un determinado ángulo que a la salida de la lámina constituyen dos clases de luz polarizada en planos perpendiculares. Si las amplitudes son iguales y la diferenci a de camino es de un cuarto de longit ud de onda o un múltiplo impar de esa fracción, se tiene un rayo polarizado circularmente; si son desiguales, la disposición es tal que resulta un rayo polarizado elípticamente. Se observan dos campos en los que inciden rayos que vibran según direcciones que forman un determinado ángulo. El analizador puede recoger ambos haces de luz, uno de ellos o ninguno de los dos. Así se pueden observar las imágenes que se recogen en el dibujo. Colocado el tubo de disolución entre los dos prismas del instrumento, ambas mitades del campo de observación aparecen igualmente iluminadas si la sustancia que lo llena es agua destilada o un disolvente inerte. En el caso de que contenga una disolución de sustancia ópticamente activa, desaparece la i gualdad de campos y para restablecerla se precisa girar el analizador un de terminado ángulo acuyo valor permite el cálculo de la concentración de la disolución a expensas del poder rotatorio específico del soluto y de la longitud del tubo, [a] y l respectivamente, mediante la aplicación de la fórmula de Biot  p=100a/[a] l , que facilita el valor de la masa de soluto (expresada en gramos) en 100 g de disolvente.