Polarimetro

Polarimetro: principio di funzionamento

Il polarimetro è uno strumento utilizzato nei laboratori di chimica per la misura del potere rotatorio di una soluzione.

In un polarimetro, la luce ordinaria (di solito una radiazione monocromatica del sodio) entra in un prisma polarizzante di Nicol (polarizzatore) e viene convertita in luce polarizzata, che passa attraverso un tubo contenente il campione per poi arrivare a un altro prisma di Nicol, detto analizzatore.

All'interno del tubo portacampioni viene inserita una sostanza che può fare ruotare il piano della luce polarizzata ed essere quindi otticamente attiva (es. soluzione di acqua e zucchero, trementina, soluzioni di carboidrati, proteine e steroidi). Se la sostanza invece è otticamente inattiva (es. acqua, alcol), il piano della luce polarizzata resta invariato.

Il prisma analizzatore può ruotare e quando è orientato a 90° rispetto al piano della luce polarizzata, la luce non passa e il campo visivo dell'osservatore risulterà nero. Con rotazioni intermedie tra 0° e 90° una certa frazione della luce sarà trasmessa sino all'occhio dell'osservatore e cioè quella frazione che corrisponde alla componente del vettore luminoso nel piano dell'analizzatore. Se il prisma analizzatore è orientato a 0° rispetto al piano della luce polarizzata si ha il massimo valore della luce trasmessa.

polarimetro

Funzionamento di un polarimetro.

Funzionamento di un polarimetro

Con la sorgente luminosa accesa e il tubo portacampioni vuoto, il prisma analizzatore viene ruotato in modo che il campo visivo dell'osservatore risulti nero. Gli assi del prisma polarizzatore e del prisma analizzatore sono in questo caso disposti a 90° l'uno dall'altro.

Ora il campione da analizzare viene inserito all'interno del tubo portacampioni. Se la sostanza da analizzare è otticamente inattiva, non farà ruotare il piano della luce polarizzata e il campo visivo dell'osservatore continuerà ad essere nero.

Se la sostanza invece è otticamente attiva, il piano della luce polarizzata subirà una rotazione e un po' di luce giungerà all'occhio dell'osservatore.

L'asse del prisma analizzatore dovrà essere ruotato di un certo angolo α per rendere il campo visivo nuovamente nero.

L'angolo α viene detto rotazione osservata e corrisponde all'entità della rotazione della luce polarizzata.

Questa grandezza dipende da numerosi fattori come la concentrazione della soluzione, la lunghezza del tubo portacampioni, la temperatura, la lunghezza d'onda della sorgente luminosa e la natura del solvente.

Potere rotatorio specifico

Per standardizzare le misure è stato definito il potere rotatorio specifico [α] cioè la rotazione espressa in gradi causata una soluzione con concentrazione pari a un grammo di sostanza per mL di soluzione posta in un tubo portacampioni lungo un decimetro.

Il potere rotatorio specifico viene calcolato con la seguente formula:

Il valore della rotazione può essere oraria (destrorotazione, segno +) o antioraria (levorotazione, segno -)

Nella misura del potere rotatorio specifico devono essere indicate anche: la lunghezza d'onda della luce monocromatica utilizzata nell'analisi, la temperatura, il tipo di solvente e la concentrazione.

Ad esempio:

in cui:

25 indica la temperatura di 25°C
D corrisponde alla lunghezza d'onda della luce monocromatica, D indica la riga D del sodio avente lunghezza d'onda pari a 5893 Å (Å = Angstrom)
CHCl₃ è il solvente
c2,05 indica la concentrazione della soluzione

Impieghi del polarimetro

Il polarimetro è uno strumento che viene usato per l'analisi in soluzione di zuccheri. I polarimetri di questo tipo sono tarati direttamente in percentuale di zucchero nella soluzione acquosa e sono detti saccarimetri.

Poiché vi è una grande differenza fra le attività biologiche degli isomeri ottici di vari composti organici, la polarimetria, oltre che per le ricerche di chimica organica, è molto usata anche in biologia.

Esercizio

Si determini la concentrazione in g/mL di una soluzione acquosa di D-glucosio per la quale è stato osservato al polarimetro un angolo α (rotazione osservata) di 6,35°in un tubo polarimetrico di 1 dm.

Si sappia che il potere rotatorio specifico [α] del D-glucosio è +52,7°.

Svolgimento

La formula per il calcolo del potere rotatorio specifico è la seguente (legge di Biot):

Dalla quale è possibile ricavare la concentrazione c del campione in esame:

c = α / (l · [α])

Nel nostro caso si ha che:

c = 6,35 / (1 · 52,7) = 0,12 g/mL

Pertanto la concentrazione della soluzione acquosa di D-glucosio è pari a 0,12 g/mL.