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¿Qué es la polarimetría?
Explicado de forma sencilla, la polarimetría es un método de medición de la rotación del plano de vibración de la luz polarizada a su paso por una sustancia ópticamente activa. El plano de vibración de la luz es la dirección en la que vibran las ondas electromagnéticas de la luz cuando viajan por el espacio. La luz polarizada es aquella en la que las vibraciones se alinean en una dirección específica.
¿Qué es la polarización?
En física, la luz se describe como una onda electromagnética cuyas oscilaciones están orientadas en todas las direcciones. La polarización determina el plano de oscilación de la luz, es decir, se filtran todas las oscilaciones fuera de un plano concreto. Para ello se utilizan los llamados filtros de polarización.
¿Qué son las sustancias ópticamente activas?
Muchas sustancias orgánicas e inorgánicas, como el azúcar, el almidón y los aceites esenciales, son ópticamente activas en estado cristalino, líquido o disuelto. Esto significa que pueden influir en la dirección de la luz polarizada. Estas sustancias rotan la dirección de la luz polarizada en un ángulo determinado.
Las sustancias ópticamente activas requieren un centro de asimetría, es decir, tienen un átomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes. Tales moléculas se denominan quirales. Se comportan entre sí como imagen y espejo y no pueden alinearse por rotación. Nuestras manos son un ejemplo sencillo de ello.
Si dos moléculas difieren sólo en la disposición de sus sustituyentes, se denominan enantiómeros. Su fórmula molecular y la mayoría de sus propiedades físicas, como el punto de fusión y el punto de ebullición, son idénticas. Sin embargo, difieren en su actividad óptica, ya que hacen girar la luz polarizada linealmente en la misma cantidad, pero en distintas direcciones (en el sentido de las agujas del reloj +; en el sentido contrario -). También reaccionan de forma diferente en las reacciones químicas y tienen distintos modos de acción. Esto es especialmente importante en la industria farmacéutica. Si existe una mezcla 1:1 de un par de enantiómeros, ésta no es ópticamente activa. Las rotaciones ópticas de los dos enantiómeros se anulan mutuamente.
¿Cómo funciona un polarímetro?
Un polarímetro puede utilizarse para medir la actividad óptica de una sustancia y consta, como mínimo, de las siguientes partes:
- Fuente de luz
- tubo de muestra
- filtro de polarización (analizador)
- detector
La luz no polarizada se polariza mediante un primer filtro de polarización. A continuación, la luz polarizada atraviesa la sustancia que debe examinarse en el tubo de muestra.
La luz que emerge de la sustancia pasa a través de otro filtro de polarización (analizador), cuya rotación puede cambiarse.
¿Cómo se realiza la medición óptica con un polarímetro?
Si el segundo filtro de polarización se coloca paralelo al primero, la dirección de oscilación de la luz polarizada se mantiene y llega al detector (100% de transmisión). Si el segundo filtro de polarización se gira 90°, la onda luminosa se bloquea y no llega luz al detector (0% de transmisión).
Para medir la actividad óptica (el ángulo de rotación), el analizador se gira hasta la posición de compensación. En la posición de compensación, la rotación del plano de polarización de la luz por la muestra se compensa totalmente, lo que significa que la luz transmitida es máxima o mínima. La rotación óptica se mide en grados angulares. Por ello, estos aparatos se denominan polarímetros circulares.
SCHMIDT + HAENSCH utiliza la modulación Faraday como amplificación electrónica para determinar con precisión la posición de compensación (alineación específica del analizador). Sin transmisión mecánica por correas trapezoidales o engranajes, utilizamos un acoplamiento directo del codificador óptico y la unidad analizadora en todos los instrumentos de medida.
Esto garantiza una alta precisión en todo el rango de medición. Además, estos principios garantizan tiempos de medición cortos y ningún desgaste mecánico. De este modo se garantiza la máxima sensibilidad y el tiempo de ecualización más rápido en todo el rango de medición. La medición continua también permite controlar la mutarotación (conversión espontánea de una molécula quiral entre sus dos enantiómeros).
Estabilidad de los valores medidos
El ángulo de rotación observado depende de los siguientes factores
- la naturaleza de la muestra
- la concentración de los componentes ópticamente activos
- la longitud de onda de la luz
- la temperatura de la muestra
- la longitud del tubo de muestra
Además, en la precisión de la medición influyen los siguientes componentes:
- Fiabilidad y precisión del polarímetro
- Preparación de la muestra (disolvente, temperatura, homogeneización)
- Pureza de la muestra
- Estabilidad de la muestra
- Condiciones de medición coherentes
¿Cuáles son los ámbitos de aplicación de la polarimetría?
La polarimetría se utiliza en la investigación, la industria y la garantía de calidad, y se emplea en química, farmacia, industria alimentaria, biología y bioquímica, ciencias medioambientales y control de procesos industriales.
Ejemplo de aplicaciones polarimétricas en la industria farmacéutica
El control de la calidad y la pureza desempeña un papel especialmente importante en los productos farmacéuticos, ya que suelen estar compuestos por enantiómeros. Cada enantiómero puede tener efectos fisiológicos diferentes. Por ello, la separación de estos enantiómeros es muy importante para la mayoría de los medicamentos actuales.
En 1957, la sustancia talidomida se lanzó al mercado como somnífero con el nombre de talidomida. Sin embargo, durante su producción no sólo se produjo talidomida, sino también el enantiómero 2-(2,6-dioxopiperidin-3il)iosindol-1,3-diona, que provocó malformaciones en unos 10.000 recién nacidos. El medicamento se retiró en 1961.
La forma más fiable de determinar la proporción enantiomérica de una mezcla de sustancias es utilizar polarímetros farmacéuticos, por ejemplo de SCHMIDT + HAENSCH.
Ejemplo de aplicaciones polarimétricas en la industria azucarera
En la industria azucarera, el objetivo es extraer únicamente el disacárido sacarosa de la caña de azúcar y la remolacha azucarera. La sacarosa está formada por una molécula de a-glucosa y una molécula de b-fructosa. Todos los tipos de azúcar son quirales y, por tanto, ópticamente activos. La sacarosa tiene un ángulo de rotación específico de +66,4º, la glucosa de +52,7º y la fructosa de -92º. Las soluciones de azúcar no son estables y se descomponen rápidamente en sus componentes.
El análisis de la pureza del azúcar se lleva a cabo con una combinación de polarímetro y refractómetro de SCHMIDT + HAENSCH.
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Fuentes
Bruice P. (2011) Organische Chemie, 5a edición, Munich, Pearson
Clayden J., Greevs N., Warren S. (2013) Organische Chemie, 2a edición, Heidelberg, Springer-Spektrum, pp. 333 – 343
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