Polarimeter

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Dieser Aufbau verwendet zirkular polarisiertes Licht, das mit Hilfe des Polarisators 1 und des \tfrac{\lambda}{4}-Plättchens 1 erzeugt wird. Das Testobjekt ist ein auf Druck beanspruchtes Kunststoffteil.

Ein Polarimeter oder Polariskop ist ein Messgerät der Spannungsoptik zur Bestimmung mechanischer Spannungen in transparenten Festkörpern.[1] Dazu wird mit einer Anordnung von Polarisationsfiltern der optische Drehwert des zu untersuchenden Materials bestimmt. Dabei wird die Änderung des Winkels von linear polarisiertem Licht bei Durchgang durch eine Probe einer chemischen Substanz bestimmt. Diese Eigenschaft trägt die Bezeichnung optische Aktivität und ist eine intrinsische Eigenschaft von chiralen nichtracemischen Verbindungen oder Gemischen. Der Drehwert ist frequenz- und temperaturabhängig. Gemessen wird in der Regel bei 589 nm (Natrium-D-Linie), aber auch bei anderen Wellenlängen. Wegen der Temperaturabhängigkeit des Drehwertes wird in der Regel temperaturstabilisiert bei 20 °C, 22 °C oder 25 °C gemessen; wobei man auch andere Angaben in der Literatur findet.

Prinzip[Bearbeiten]

Ein Polarimeter ist meistens aus zwei Nicolschen Prismen aufgebaut. Der feste Polarisator polarisiert das Licht der Lichtquelle linear. Der drehbare Analysator dahinter dient dazu die Lage der Polarisationsebene festzustellen.

Kreuzt man die beiden Polarisationsfilter, so kann kein Licht passieren; das Gesichtsfeld, auf das der Betrachter sieht, bleibt dunkel. Bringt man die Probensubstanz zwischen die beiden Polarisationsfilter, kommt es in Abhängigkeit vom Drehwert, zu einer Aufhellung, welche die Messung des Drehwerts ermöglicht.

Da noch viele andere Faktoren den Drehwert beeinflussen (Schichtdicke der Probe, Lösungsmittel, Temperatur, Wellenlänge des Lichts usw.) legt man den spezifischen Drehwert bei 10 cm Schichtdicke, 100 ml Lösungsmittel und 1 g optisch aktiver Substanz fest und gibt die anderen maßgebenden Parameter mit an.

Ein häufig verwendetes Messgerät ist das Halbschattenpolarimeter nach F. Lippich. Bei diesem wird ein Teil des Lichts, das in A einfällt, vorher von einem Hilfsprisma H leicht gedreht (1° bis 10°). Dadurch sieht man zwei „Halbbilder“.

Abbildung 1
Abbildung 2

Polarisator P und Analysator A sind Nicolsche Prismen, wobei P fest und A drehbar ist. Wenn A und P parallel sind, ist die Abbildung hell; ein um 90° gedrehter A verdunkelt das Bild. Sind A und P gekreuzt, ist die eine Hälfte dunkel, während die andere Hälfte hell ist. Dreht man nun A um 360°, so erscheinen abwechselnd Gebiete großer und kleiner Gesamthelligkeit (insgesamt 4). Die beschriebene Anordnung (Abbildung 1 und 2) ist nur eine von vielen Möglichkeiten, ein Polarimeter aufzubauen. Bei anderen Anordnungen wird der Polarisator P gedreht, während der Analysator A fest steht, auch können beide Teile gleichzeitig gedreht werden. Statt einer langsamen Drehung kann auch ein polarisierndes Element schnell rotieren, mit einem Detektor an Stelle des Auges lässt sich dann eine sinusartige Variation (sin^2 (t)) der Helligkeit registrieren. Aus der Phasenverschiebung gegenüber dem Signalverlauf ohne Probe wird dann der Drehwert bestimmt.

Automatische Polarimeter[Bearbeiten]

Das derzeit schnellste automatische Polarimeter P8000 hat eine Messzeit von einer Sekunde.
Automatisches Polarimeter mit und ohne Durchflussröhre

Die korrekte Messung des Drehwertes mit einem manuellen Polarimeter ist zeitintensiv und setzt eine gewisse Erfahrung des Laborpersonals voraus. Besonders im industriellen Bereich und in Labors mit einer großen Anzahl von Messungen werden deshalb automatische, elektronisch gesteuerte Polarimeter mit digitaler Anzeige verwendet. Automatische Polarimeter vermeiden Fehlmessungen durch Bediener- und Ablesefehler. Ihre geringe Messzeit von bis zu einer Sekunde pro Messung und eine Computerschnittstelle erlauben Messreihen, wie sie zur kontinuierlichen Qualitätssicherung in kritischen industriellen Prozessen wie Lebensmittelproduktion, Chemie und Pharmazie unverzichtbar sind.[2]

Beispiele für die Angabe des Drehwertes α einer chiralen Substanz inklusive der Messbedingungen. Oben: positives Vorzeichen, 25 °C Messtemperatur, gelbes Natriumlicht (Natrium-D-Linie), Konzentration 2 g Substanz gelöst zu 100 ml in Wasser. Unten: negatives Vorzeichen, 20 °C Messtemperatur, 589 nm Wellenlänge, Konzentration 4 g Substanz gelöst zu 100 ml in Chloroform.

Angabe des Meßwertes[Bearbeiten]

Der Drehwert α ist frequenz- und temperaturabhängig. Gemessen wird in der Regel bei 589 nm (Natrium-D-Linie), aber auch bei anderen Wellenlängen. Wegen der Temperaturabhängigkeit des Drehwertes wird in der Regel thermostatisiert bei 20 °C, 22 °C oder 25 °C gemessen; wobei man auch andere Angaben in der Literatur findet.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Reinhard Matissek, Gabriele Steiner, Markus Fischer: Lebensmittelanalytik. 3. Aufl., Springer, Berlin/Heidelberg 2006, S. 117, 145–147, 352–356.

Fußnoten[Bearbeiten]

  1.  Gerd Litfin: Technische Optik in Der Praxis. Springer, 2007, ISBN 978-3-540-26709-6, S. 60 ff.
  2. Produktseite der Fa. Krüss (Abruf am 9. August 2011)