Phân Cực Kế

Phân cực kế là gì? Liệu bạn đã hiểu rõ về cấu tạo, ứng dụng cũng như nguyên tắc hoạt động của phân cực kế? Hãy tham khảo bài viết sau đây để hiểu rõ hơn về loại thiết bị chuyên dụng này nhé.

1. Phân cực kế là gì?

Phân cực kế (Polarimeter) là thiết bị được sử dụng để xác định góc quay cực (angle of rotation) của các chất hoạt quang (Chiral) là những chất có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực một góc hình học (optically active). Điều kiện cho tính hoạt quang chính là cấu trúc hình học của phân tử phải có tính chất bất đối xứng hay còn gọi là đối phân hình học.

Trong phép đo phân cực, góc quay cực của hoạt chất cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử, độ tinh khiết và nồng độ của chất hoạt quang, từ đó có thể định danh và định lượng hoạt chất cũng như dự đoán dung môi được sử dụng trong dung dịch.
 Tính chất hoạt quang gây ra sự phân cực ánh sáng cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, bước sóng của ánh sáng và độ dài của đường quang học – đường đi của ánh sáng qua chất hoạt quang càng dài thì góc quay càng lớn.

 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phân cực kế

Cấu tạo: Tùy theo nhà sản xuất mà những sản phẩm phân cực kế có thể được sản xuất với hình dạng và kích thước khác nhau. Tuy vậy, hầu hết chúng đều có cấu tạo gồm các bộ phận chính như sau:

• Phép đo phân cực là phép đo độ quay quang học của các chất bằng cách sử dụng máy đo độ phân cực. Máy đo phân cực là một dụng cụ đo góc quay bằng cách truyền ánh sáng phân cực qua một chất hoạt động quang học (chiral). Để đo góc quay quang học, một nguồn sáng (thông thường là đèn LED) tạo ra một chùm ánh sáng thông thường. Đầu tiên, ánh sáng này đi qua một bộ phân cực (bộ lọc phân cực) để thu được ánh sáng phân cực dựa trên hướng xác định của mặt phẳng phân cực. Ánh sáng phân cực sau đó đi qua ống chứa mẫu cần phân tích. Nếu mẫu hoạt động quang học, mặt phẳng phân cực sẽ bị xoay. Ánh sáng có mặt phẳng phân cực quay, đi qua bộ phân tích, là bộ lọc phân cực thứ hai.
• Bộ phân cực quay bản phân cực đầu tiên cho đến khi bộ phận thu ảnh đo được mức truyền tối thiểu. Nếu mẫu không hoạt động về mặt quang học, các tia sáng phân cực thu được sẽ bị triệt tiêu do bộ phân cực và bộ phân tích hiện được định hướng vuông góc với nhau. Nếu mẫu hoạt động quang học, bộ đo phân cực sẽ quay bản phân cực cho đến khi mặt phẳng phân cực phía sau ống chứa mẫu lại vuông góc với mặt phẳng phân cực của máy phân tích. Mức độ xoay thu được là phép đo trực tiếp góc quay quang học của mẫu. Bước sóng chính xác cho phép đo được chọn chính xác bằng bộ lọc giao thoa đơn sắc được đặt phía trước bộ phân cực. Bước sóng thường được sử dụng trong phép đo phân cực là 589nm tương ứng với vạch Natri.

Phạm vi đo: 

• Phạm vi đo của phân cực kế chỉ được công nhận từ -90° đến +90°. Điều này xuất phát từ thực tế là một vòng quay của máy phân tích sẽ hiển thị hai cực đại truyền (ở 0° và 180° đối với mặt phẳng phân cực) và hai cực tiểu truyền (ở 90° và 270° đối với mặt phẳng phân cực). Tuy nhiên bộ phận phân tích góc quay chỉ hiển thị được một phạm vi giá trị từ 0° đến 180° (tức là từ -90° đến +90°), người dùng cần xác định kết quả sẽ nằm ở góc phần từ nào trên trục (các giá trị qua các cực sẽ bị triệt tiêu). Ví dụ, nếu mẫu quay mặt phẳng phân cực thêm +110°, máy đo phân cực sẽ hiển thị kết quả là -70°.

Hình minh họa trục quay của mặt phẳng phân cực

• Tuy nhiên, một số nhà sản xuất máy phân cực kế tuyên bố có dải đo +/-360°. Nếu không có thêm các bước tính toán và ngoại suy, thực tế góc quay này máy phân cực không đo được. Góc quay quang ước tính của mẫu phải được dự đoán trước giá trị có cao hơn 90°, 180° hay 270° hay không để sử dụng ống đo mẫu có chiều dài và nồng độ pha loãng phù hợp. Vì thế, không có tiêu chuẩn chính thức nào cho góc quay quang học lớn hơn 90° và thiết bị đọc trên 90° không thể được công nhận.

3. Các thông số và yếu tố ảnh hưởng đến phân cực kế

Giá trị đo được trong máy đo phân cực là góc quay quang α [°] (optical rotation). Góc quay riêng( special rotation) của một chất được xác định bằng định luật Biot:

Trong đó:

• [α] = specific rotation [o]
• α = optical rotation [o]
• T = temperature(oC)
• λ = wavelength (nm
• l = length of polarimeter tube (dm)
• c = concentration [g/100ml]

Các yếu tố ảnh hưởng tới giá trị góc quay:

• Nồng độ của mẫu, c [g/mL]: nồng độ càng lớn, càng nhiều phân tử hoạt quang, góc quay càng lớn
• Chiều dài của ống chứa mẫu, l [mm]: quãng đường phân tử di chuyển càng dài, góc quay càng lớn
• Nhiệt độ mẫu, T [°C]: ảnh hưởng đến mật độ phân tử thông qua sự giãn nở nhiệt và có thể gây ra những thay đổi trong cấu trúc phân tử với các tác động lên sự quay quang học
• Bước sóng của ánh sáng, λ [nm], mỗi chất khác nhau có sự hấp thụ ánh sáng khác nhau.

Từ góc quay quang có thể suy ra thêm các giá trị:

• Nồng độ (dung dịch) khi biết góc quay riêng của chất
• Nồng độ đường (đối với phương pháp đường quốc tế)
• Góc quay riêng (hằng số định danh) khi biết nồng độ chất
• Độ tinh khiết (kết hợp với chiết suất/ chỉ số khúc xạ)
• Thang đo do người dùng xác định (User-defined scales)

4. Ứng dụng phân cực kế

Phân cực kế được sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ xác định độ tinh khiết và nồng độ của các thành phần trong dược phẩm,đo hàm lượng đường trong ngành mía đường, đồ uống và bánh kẹo, xác định hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu thức, thức ăn chăn nuôi, định danh các đồng phân và cô lập hợp chất trong hương liệu, tinh dầu, dược liệu,…

Một số lĩnh vực ứng dụng và máy đo phân cực phù hợp:

Để đạt được độ chính xác cao của phép đo, máy phân cực kế cần phải kiểm soát nhiệt độ chính xác do hoạt động quang học của các chất phụ thuộc vào nhiệt độ. Ngoài ra, máy đo phân cực phải đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất của quy trình và không chỉ thực hiện các phép đo nhanh và đáng tin cậy mà còn phải dễ sử dụng và cho phép vận hành tự động.

Máy đo Phân cực tự động có kiểm soát nhiệt độ với bộ tiêm mẫu tự động Autosampler của Kruss – Đức

5. Các dòng phân cực kế phổ biến hiện nay

Phân cực kế thường được chia thành các dòng như:

– Tự động có điều nhiệt

– Tự động không có điều nhiệt 

– Cơ học

Hy vọng rằng thông qua bài viết, bạn đã có thể hiểu rõ phân cực kế là gì, cấu tạo, nguyên lý cũng như những ứng dụng của phân cực kế trong đời sống và sản xuất. Công ty TNHH Thiết bị Hiệp Phát hiện nay đang cung cấp những dòng sản phẩm phân cực kế đến từ hãng Kruss. Nếu bạn có nhu cầu tìm mua các dòng sản phẩm của chúng tôi, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi qua Hotline: 098 4677378 hoặc Email: sales@thietbihiephat.com để có thêm thông tin về sản phẩm nhé.