3B Scientific Polarimeter with 4 LEDs User Manual [en, de, es, fr, it]

3B SCIENTIFIC® PHYSICS

Polarimeter mit 4 LED U8761161

Bedienungsanleitung

06/08 THL/ALF

1 Feststehender Zeiger
2 Analysator
3 Sichtöffnung
4 Messkammer mit Messzylinder

und Polarisator
5 LED-Umschalter
6 Steckernetzgerät

1. Sicherheitsninweise

• Direktes Hineinblicken in die geöffnete Mess-

kammer auf die hell leuchtenden LED’s vermei­den.

• Das Gerät nur mit dem zugehörigen Steckernetz-

gerät 12V DC betreiben.

• Bei sichtbaren äußeren Schäden des Netzgerätes

oder des Polarimeters ist ein weiterer Betrieb
unzulässig.

2. Beschreibung

Das Polarimeter mit 4 LED dient zur Bestimmung des
Drehwinkels und der Drehrichtung von polarisiertem
Licht durch eine optisch aktive Substanz in Abhän­gigkeit der Wellenlänge, der Probendicke und der
Probenkonzentration.

Das Polarimeter ist mit einer Beleuchtungseinrich­tung aus vier monochromatischen Leuchtdioden
bestückt. Das von der eingeschalteten Leuchtdiode
ausgehende Licht wird von einem Polarisator, der
sich unter der Aufnahme für den Messzylinder in der
Messkammer befindet, linear polarisiert.

1

Im Analysator befindet sich ein zweiter Polarisati­onsfilter, dessen Ausrichtung um 90° zum Polarisator
versetzt ist, wenn die Skala auf 0° (360°) ausgerichtet
ist. In dieser Position ist, ohne optisch aktive Sub­stanz in der Messkammer, ein Minimum der Leucht­stärke wahrnehmbar.

Eine optisch aktive Substanz im Messzylinder verän­dert rechts- oder linksdrehend die Polarisationsebe­ne, was sich durch Zunahme der Helligkeit äußert.
Durch Nachstellen des Analysators wird die Helligkeit
wieder minimiert. Unter dem feststehenden Zeiger
ist ein Winkelwert ablesbar, der dem Drehwinkel der
Polarisationsebene entspricht.

3. Lieferumfang

1 Polarimeter-Grundgerät
1 Analysatorscheibe
1 Messzylinder
1 Steckernetzgerät
1 US-Steckeradapter (nur bei U8761161-115)

4. Technische Daten

Wellenlängen: 630 nm (rot)
580 nm (gelb)
525 nm (grün)
468 nm (blau)

Abmessungen: ca. 110 x 190 x 320 mm³
Masse: ca. 1 kg
Das Polarimeter U8761161-115 ist für eine Netzspan-

nung von 115 V (±10 %) ausgelegt, U8761161-230 für
230 V (±10 %).

5. Bedienung

• Analysatorscheibe von der Messkammer abneh-

men.

• Messzylinder heraus nehmen und mit der Probe-

flüssigkeit befüllen. Danach unbedingt den Mess­zylinder trocken wischen, so dass sich keine Flüs­sigkeitsrückstände außen am Messzylinder be­finden.

• Den Messzylinder in die Messkammer stellen.

Dabei darauf achten, dass keine Flüssigkeit ver­schüttet wird und in die Messkammer gelangt.

• Analysatorscheibe wieder aufsetzen und so dre-

hen, dass der Zeiger auf der 360°-Position steht.

• Stromversorgung über Steckernetzgerät herstel-

len.

• Lichtwellenlänge durch Verschieben des LED-

Umschalters wählen.

Die Messung des Polarisationswinkels der optisch
aktiven Substanz erfolgt durch feinfühliges Drehen
des Analysators unter Beobachtung des Leuchtpunk­tes durch die Sichtöffnung.

Der Einstellwert ist erreicht, wenn die Helligkeit ein
Minimum erreicht hat.

Rechtsdrehend ist eine Substanz, die das polarisierte
Licht im Uhrzeigersinn dreht. Zur Kennzeichnung der
optischen Aktivität solcher Substanzen benutzt man
das Zeichen (+). Die Differenz aus 360° und dem
ablesbaren Winkel entspricht dem Drehwinkel der
Polarisationsebene.

Fig.1 Beispiel für eine rechtsdrehende Substanz (+6°)

Linksdrehend ist eine Substanz, die das polarisierte
Licht gegen den Uhrzeigersinn dreht. Zur Kennzeich­nung der optischen Aktivität solcher Substanzen
benutzt man das Zeichen (-). Der Winkel einer links­drehenden Substanz wird direkt abgelesen

Fig.2 Beispiel für eine linksdrehende Substanz (-6°)

6. Versuchsbeispiele

6.1 Messung der optischen Aktivität einer Saccha­roselösung in Abhängigkeit der Konzentrati­on, der Schichtdicke und der Farbe des Lichts

• Zuckerlösung (10 g in 100 ml) herstellen. Dazu

10 g Zucker abwiegen, in ca. 60 cm
Wasser auflösen und im Messzylinder auf 100

3

cm

auffüllen.

• Schichtdicke abmessen und Messzylinder in die

3

destilliertem

Messkammer einsetzen.

Hinweis:

100 ml Flüssigkeit im Messzylinder entsprechen einer
Schichtdicke von 1,9 dm, 75 ml – 1,43 dm, 50 ml –
0,96 dm und 25 ml – 0,44 dm.

• Drehwinkel für die verschiedenen LEDs messen.

2

•

α

Im nächsten Schritt bei gleicher Konzentration
Schichtdicke auf 1,43 dm (75 ml) verringern und
die Messung wiederholen.

• Weitere Messungen mit Schichtdicken von 0,96

dm (50 ml) und 0,44 dm (25 ml) durchführen.

• Anschließend Zuckerlösungen (20 g, 30 g und

40 g in 100 ml) herstellen und analog zur ersten
Messreihe Drehwinkel messen.

• Werte in einer Tabelle erfassen und den Dreh-

winkel in Abhängigkeit der Konzentration und
der Schichtdicke für jede Farbe grafisch darstel­len.

6.2 Bestimmung des spezifischen Drehwinkels
von Saccharose

Der spezifische Drehwinkel

[]

α ist eine Stoffkonstan-

te und ergibt sich aus folgender Gleichung bei be­kannter Wellenlänge des Lichts λ und Temperatur T:

[]

α

(1)

=α

λ

lcT⋅

α = gemessener Drehwinkel

c = Konzentration

l

= Schichtdicke der Lösung

c

des gelösten Stoffes

Literaturangaben beziehen sich meistens auf die
gelbe Natrium D-Linie (λ = 589 nm) und eine Tempe­ratur von 20 °C.

• Zuckerlösung (50 g in 100 ml) herstellen. Dazu

50 g Zucker abwiegen, in ca. 60 cm
Wasser auflösen und im Messzylinder auf 100

3

cm

auffüllen.

• Schichtdicke abmessen und Messzylinder in die

3

destilliertem

Messkammer einsetzen.

• Drehwinkel bei gelbem Licht bestimmen.

• Spezifischen Drehwinkel nach Gleichung 1 er-

rechnen und mit Literaturwert vergleichen.

20

Literaturwerte für spezifische Drehwinkel

[]

α

D

Saccharose +66,5°, D-Glucose +52,7°, D-Fructose

-92,4°. (Werte aus Aebi, Einführung in die praktische

Biochemie, Karger 1982)

6.3 Inversion von Saccharose

Mit Säure lässt sich Saccharose in D-Glucose und D­Fructose spalten, dabei werden beide Bestandteile in
gleichen Maßen frei. Die Rechtsdrehung wird gerin­ger bis der Drehwinkel schließlich negativ wird. Die­sen Vorgang nennt man Inversion. Das Glucose­Fructose-Gemisch heißt deshalb Invertzucker und ist
z.B. ein Bestandteil von Kunsthonig.

• Zuckerlösung (30 g in 100 ml) herstellen. Dazu

30 g Zucker abwiegen, in ca. 60 cm

3

destilliertem

Wasser (50° C) auflösen.

• Vorsichtig (Schutzbrille) 15 ml 25 %ige Salzsäure

hinzufügen.

• Lösung im Messzylinder auf 100 cm

3

auffüllen

und in die Messkammer stellen.

• Sofort eine Stoppuhr in Gang setzen und den

Drehwinkel bestimmen.

• In Abständen von 5 Minuten erneut den Dreh-

winkel messen und alle Messwerte in einer Ta­belle notieren.

• Nach 30 Minuten die Messreihe beenden und die

Inversionskurve zeichnen.

6.4 Konzentrationsmessung bei bekanntem spezi­fischen Drehwinkel am Beispiel Rohrzucker in
Cola

• Messzylinder mit 100 ml Cola befüllen.

• Drehwinkel und Drehsinn mit Hilfe der gelben

Diode bestimmen.

• Zuckergehalt durch Umstellung der Gleichung 1

errechnen.

g

⎤

⋅α

[]

l

⎡

(2)

⎥

⎢

3

cm

⎦

⎣

c

=

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3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Deutschland • www.3bscientific.com

Technische Änderungen vorbehalten

© Copyright 2008 3B Scientific GmbH

3B SCIENTIFIC® PHYSICS

Polarimeter with 4 LEDs U8761161

Instruction Sheet

06/08 THL/ALF

1 Fixed pointer
2 Analyser
3 Viewing hole
4 Measurement chamber with

cylindrical sample cell and

polariser
5 LED selector switch
6 Mains adapter

1. Safety instructions

• Do not look into the fully opened measurement

chamber at the LEDs when they are brightly lit.

• Only use the instrument with the 12V DC mains

adapter supplied.

• If there is any visible damage to the polarimeter

or the mains adapter, the instrument must not
be used.

2. Description

The polarimeter with 4 LEDs is used for determining
the angle and direction of rotation of polarised light
transmitted by an optically active substance, and
measuring its dependence on the wavelength,
sample thickness and sample concentration.

The instrument is illuminated by a system consisting
of four monochromatic light-emitting diodes (LEDs).
The light emitted from the active LED undergoes
linear polarisation by a polariser placed below the
entry window of the cylindrical sample cell in the
measurement chamber.

1

The analyser contains a second polarising filter with
its polarisation axis at a variable angle to that of the
polariser. The angle is 90° when the rotating scale is
set to 0° (= 360°). In this position, if there is no
optically active substance in the measurement
chamber, the transmitted light intensity will be at a
minimum.

If an optically active substance is then put into the
sample cell, it rotates the plane of polarisation either
clockwise or anti-clockwise, causing an increase in
the transmitted light intensity (brightness). By re­positioning the analyser, the light intensity can be
brought back to its minimum. The angle that is then
read off below the fixed pointer is the angle through
which the plane of polarisation has been rotated by
the sample.

3. Equipment supplied

1 Polarimeter basic instrument
1 Analyser disc
1 Sample cell
1 Mains adapter
1 US mains adapter (only with U8761161-115)

4. Technical data

Wavelengths: 630 nm (red)
580 nm (yellow)
525 nm (green)
468 nm (blue)

Dimensions: 110×190×320 mm

3

approx.
Weight: 1 kg approx.
The polarimeter U8761161-230 is designed for a

mains voltage of 230 V (±10 %), whereas U8761161­115 is for 115 V (±10 %).

5. Operation

• Lift the analyser disc from the measurement

chamber.

• Take out the cylindrical sample cell and fill it

with the liquid sample. It is important to
carefully wipe the cell dry, ensuring that no
liquid remains on the outside surface.

• Place the sample cell in the measurement

chamber, taking care that no liquid is allowed to
spill and escape into other parts of the
measurement chamber.

• Replace the analyser disc and rotate it so that the

pointer is at the 360° position.

• Connect the mains adapter and supply power to

the instrument.

• Set the LED selector switch to give the desired

wavelength of light.

To measure the angle of rotation of the plane of
polarisation transmitted via the optically active
sample, look at the spot of light through the viewing
hole and rotate the disc so that the brightness is
reduced. Adjust it carefully to find the position where
the brightness is at a minimum and read the pointer.

A substance that rotates the plane of polarisation of
light in the clockwise direction is described as dextro­rotatory. The optical activity of such substances is
indicated by the sign (+). The difference between the
360° mark and the angle that one reads on the scale
corresponds to the angle by which the plane of
polarisation has been rotated.

Fig.1 Example of a scale reading for a dextro-rotatory
substance (+6°)

A substance that rotates the plane of polarisation of
light in the anti-clockwise direction is described as
laevo-rotatory. The optical activity of such substances
is indicated by the sign (-). For a laevo-rotatory
substance the angle of rotation can be read directly
off the scale.

Fig.2 Example of a scale reading for a laevo-rotatory
substance (-6°)

6. Sample experiments

6.1 Measure the optical activity of a saccharose
solution as a function of the concentration,
the sample thickness, and the colour of the
light

• Prepare a sugar solution (10 g in 100 ml), by

weighing out 10 g of ordinary sugar, dissolving it
in about 60 cm
the volume up to 100 cm

3

of distilled water, and making

3

in the cylindrical

sample cell.

2

•

α

Measure the sample thickness and place the
sample cell in the measurement chamber.

Note:

100 ml of liquid in the sample cell corresponds to a
sample thickness of 1.9 dm, 75 ml to 1.43 dm, 50 ml
to 0.96 dm, and 25 ml to 0.44 dm.

• Measure the angle of rotation for each of the

different LEDs.

• In the next step, keep the concentration the

same but reduce the sample thickness to 1.43
dm (75 ml) and repeat the measurement.

• Make further measurements with sample

thicknesses of 0.96 dm (50 ml) and 0.44 dm (25
ml).

• Finally, prepare sugar solutions of higher

concentrations (20 g, 30 g and 40 g in 100 ml)
and measure the angles of rotation in the same
way as in the first series.

• Set out the results in a table and plot graphs of

the angle of rotation as a function of
concentration and sample thickness for each
light colour.

6.2 Determine the specific rotation of saccharose

The specific rotation
substance, and for a given light wavelength

[]

α is a constant for any given

λ

and

temperature T it is defined by the equation:

[]

α

α

(1)

=α

λ

lcT⋅

= observed angle of rotation

c = concentration of the dissolved substance
l = thickness of the sample solution.

Values given in the literature are usually those for
the yellow D line of sodium (λ = 589 nm) at a
temperature of 20 °C.

• Prepare the sugar solution (50 g in 100 ml), by

weighing out 50 g of sugar, dissolving it in about

3

60 cm

of distilled water, and making the volume

up to 100 cm

• Measure the sample thickness and place the

3

in the cylindrical sample cell.

sample cell in the measurement chamber.

• Measure the angle of rotation with yellow light.

• Calculate the specific rotation using Equation 1

and compare it with the quoted value.

20

Quoted values

[]

α for specific rotation:

D

Saccharose +66.5°
D-glucose +52.7°
D-fructose -92.4°

(Values from Aebi, Einführung in die praktische
Biochemie [Introduction to Practical Biochemistry],
Karger 1982.)

6.3 Inversion of saccharose

Acids cause saccharose to split into D-glucose and D­fructose, releasing the two components in equal
quantities. During this process the dextro-rotation is
steadily reduced until finally the angle of rotation
becomes negative (anti-clockwise). This phenomenon
is called inversion. The resulting glucose/fructose
mixture is therefore called invert sugar, and is a
constituent of some food products, such as synthetic
honey.

• Start to prepare a sugar solution (30 g in 100 ml),

by first weighing out 30 g of sugar and dissolving
it in about 60 cm

• Carefully (wearing safety goggles) add 15 ml of

3

of distilled water (50° C).

25% hydrochloric acid.

• Make up the volume to 100 cm

3

in the sample

cell and place it in the measurement chamber.

• Immediately start a stop-watch and measure the

angle of rotation.

• Repeat the measurement of the angle of rotation

at intervals of 5 minutes and compile all the
results in a table.

• After 30 minutes, bring your series of

measurements to an end and plot the inversion
curve.

6.4 Measure the concentration of a substance of
known specific rotation - example: cane sugar
in cola

• Fill the sample cell with 100 ml of cola.

• Using the yellow LED, determine the angle of

rotation and its direction.

• Calculate the sugar content using the following

equation obtained by rearrangement of
Equation 1:

g

⎤

[]

lc⋅α

⎡

⎥

⎢

3

cm

⎦

⎣

=

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