Polarimétrie
Angle de rotation optique & spécifique
Un polarimètre est un appareil permettant de déterminer la direction de polarisation de la lumière ou le pouvoir rotatoire d’une substance optiquement active. Lors de la mesure de l’activité optique d’une substance, on obtient comme grandeur de mesure l’angle de rotation – également appelé rotation ou valeur de rotation. On distingue l’angle de rotation optique et l’angle de rotation spécifique. L’angle de rotation optique correspond à la valeur mesurée par le polarimètre, sans tenir compte d’influences physiques spécifiques.
L’angle de rotation spécifique, quant à lui, tient compte de la concentration de l’échantillon et de la longueur de la jauge. Plus la concentration de l’échantillon est élevée et plus la jauge est longue, plus l’activité optique est forte. Il en résulte finalement un angle de rotation spécifique plus important. L’angle de rotation spécifique permet de déterminer l’échantillon et sa pureté.
Chiralité
L'activité optique exploitée dans la polarimétrie ne se produit que pour les substances qui sont chirales. Les substances chirales sont construites de telle sorte que la réflexion de la disposition spatiale de leurs molécules ne peut jamais être reproduite sur elle-même par une rotation. La chiralité peut être décrite clairement avec ses deux mains. La main gauche représente le tissu à observer. La main droite correspond au reflet de la disposition spatiale. Il n'est pas possible de faire coïncider les deux mains par une rotation quelconque. De nombreux composés chimiques ont le même comportement. En raison de l'absence de symétrie, ces composés chimiques possèdent une activité optique, celle-ci peut être mesurée à l'aide d'un polarimètre.
Activité optique
La capacité d'une substance à faire tourner le plan d'oscillation de la lumière polarisée linéairement est appelée activité optique. Le sucre, l'acide lactique et le quartz sont des exemples de milieux optiquement actifs. On distingue si le plan d'oscillation est tourné dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. Une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre est considérée comme une rotation à droite et est précédée d'un signe positif (+). Une rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre est considérée comme une rotation à gauche et est précédée d'un signe négatif (-). Par exemple, le saccharose montre une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, tandis que le fructose montre une rotation dans le sens inverse.
Enantiomères
Nos deux mains sont également exemplaires pour les énantiomères : les deux mains, bien qu'elles ne soient pas identiques, sont composées des mêmes éléments (main et cinq doigts). Cela vaut également pour les composés chimiques qui sont chiraux. Les composés chimiques qui ont les mêmes molécules (formule brute) et les mêmes liaisons, mais qui sont inversés les uns par rapport aux autres, sont appelés énantiomères. Les différents énantiomères d'une substance peuvent avoir des propriétés nettement différentes. Ainsi, un énantiomère d'une substance peut avoir un goût sucré, tandis qu'un autre a un goût amer. Ou encore, un énantiomère peut être inoffensif, tandis qu'un autre peut être dangereux pour la santé. C'est pourquoi la mesure avec des polarimètres est une analyse importante.
Comment fonctionne un polarimètre ?
Comment les polarimètres mesurent-ils ?
Les polarimètres mesurent le changement du plan de polarisation de la lumière polarisée linéairement après l’interaction avec une substance optiquement active (chirale). L’interaction se manifeste par une rotation de la direction de polarisation de l’onde lumineuse. Cette rotation, appelée angle de rotation, est mesurée à l’aide d’un polarimètre. Cela permet d’obtenir des informations sur la structure moléculaire, la pureté et la concentration d’une substance optiquement active.
Exemple : comme le saccharose présente un angle de rotation dans le sens des aiguilles d’une montre et le fructose un angle de rotation dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, il est possible de différencier ces sucres.
Qu’est-ce qui influence les mesures polarimétriques ?
L’activité optique – et donc la valeur de mesure obtenue – est également influencée par la température, la longueur d’onde de la lumière et la longueur du trajet optique. La longueur du trajet optique est déterminée par la longueur du tube polarimétrique utilisé. Le principe est qu’un trajet optique plus long entraîne un angle de rotation plus important. L’angle de rotation augmente également avec la croissance de la concentration. Pour la température et la longueur d’onde, il dépend de la substance à analyser si l’augmentation de ces grandeurs permet de mesurer un angle de rotation plus ou moins important.
Exemple : Alors que l’angle de rotation du saccharose diminue avec la croissance de la température, celui du quartz augmente avec la croissance de la température.
Ouvrir & voir comment les polarimètres mesurent
Les filtres de polarisation et le plan d’oscillation de la lumière
La lumière, telle qu’elle nous entoure, n’est pas polarisée. Cela signifie que chaque onde lumineuse oscille de manière aléatoire dans une direction de l’espace. Pour transformer la lumière non polarisée en lumière polarisée, on utilise des filtres polarisants. Il en va de même pour le polarimètre.
Un filtre polarisant ne laisse passer que la lumière dans une direction de polarisation donnée et il supprime la lumière dans d’autres directions de polarisation. La lumière qui a traversé un filtre polarisant est dite polarisée.
Si la lumière polarisée se déplace à travers un deuxième filtre placé parallèlement au premier, le plan d’oscillation est conservé et la lumière parvient à l’écran. Si le deuxième filtre est tourné de 90°, il supprime le faisceau lumineux polarisé, l’écran situé derrière reste sombre.
Structure du polarimètre
Un polarimètre mesure la direction et l’ampleur de la rotation du plan de polarisation. L’appareil de mesure constitue l’ensemble formé par la source lumineuse, le polariseur, le tube polarimétrique, l’analyseur et le détecteur.
Si un tube sans substance optiquement active est placé entre deux filtres de polarisation parallèles, le plan d’oscillation est conservé. La lumière est visible à la fin sur l’écran Ce n’est que lorsque le tube est rempli d’une substance optiquement active, comme une solution de sucre cristallisé, qu’un changement devient visible…
…maintenant, la lumière est nettement moins visible sur l’écran arrière, car le plan d’oscillation de la lumière a été modifié. Une substance optiquement active (solution de sucre), comme illustrée dans l’exemple, a inversé sa direction de polarisation.
Importance pour l’industrie pharmaceutique – utilisation de polarimètres
De nombreuses substances pharmacologiques importantes sont optiquement actives en raison de leur chiralité et se présentent sous forme d’énantiomères. Les énantiomères se distinguent généralement peu par leurs propriétés physiques, telles que la densité ou l’indice de réfraction. Il est difficile de les distinguer et de les séparer de cette manière, même par HPLC (procédé de chromatographie liquide). Les différences souvent importantes dans leur capacité de réaction avec les enzymes ainsi que les propriétés sensorielles telles que l’odeur et le goût sont d’autant plus importantes. Ainsi, les énantiomères du limonène sont perçus par une odeur d’orange ou de citron. Les mélanges racémiques (mélange de quantités égales de deux énantiomères) ont souvent des propriétés très différentes en ce qui concerne leur activité physiologique, leur mécanisme d’action, leur toxicité et leurs effets secondaires.
Exemple : la substance thalidomide – dans le somnifère thalidomide, elle était présente sous forme de racémate (rapport énantiomérique 1:1). Un énantiomère était tératogène, c’est-à-dire qu’ingéré, il provoquait des malformations chez l’embryon. L’incident tragique de la fabrication de la thalidomide a incité de nombreux pays à introduire des directives légales qui doivent être respectées lors du développement de médicaments chiraux.
Normes et directives
Mesure analytique selon les normes & standards internationaux
Un polarimètre permet de déterminer les propriétés caractéristiques de substances sans les modifier chimiquement ou les détruire. Les polarimètres sont utilisés conformément aux exigences normatives, en particulier pour les applications sensibles et hautement réglementées. Les instruments de mesure doivent être conformes aux normes industrielles (par ex. GMP, GAMP 5) ou offrir des fonctions exigées par les normes, par ex. conformément à la norme 21 CFR Part 11 (par ex. audit trail).
Les normes en polarimétrie régissent les conditions environnementales et la préparation des échantillons, ainsi que les tolérances de mesure, les caractéristiques et l’équipement d’un appareil ou d’un moyen d’étalonnage, sous l’angle des “meilleures pratiques”. En utilisant des polarimètres conformes aux normes, on peut garantir que les mesures sont effectuées correctement et selon des procédures reproductibles.
Voici un aperçu de toutes les normes et directives que nous connaissons et dans lesquelles il est fait référence à la polarimétrie. Remarque: Il s’agit d’un bref aperçu général en guise de synthèse. Nous pouvons volontiers discuter des spécifications auxquelles répondent les différents modèles de polarimètres d’A.KRÜSS lors d’une consultation personnelle. N’hésitez pas à nous contacter.
Échantillons et valeurs de mesure
Les échantillons et leur angle de rotation spécifique
Dans de nombreux domaines analytiques, les polarimètres sont des instruments de mesure modernes, hautement sélectifs et surtout rapides. Les polarimètres mesurent l’angle de rotation des substances optiquement actives dans les liquides. Leurs résultats de mesure servent au contrôle de qualité lors de la fabrication de principes actifs médicamenteux ainsi qu’à la vérification de l’identité des substances chirales dans les laboratoires d’entrée et de sortie des marchandises. Dans l’industrie alimentaire, l’industrie de l’amidon ou du sucre, ils sont utilisés pour les contrôles de concentration et de pureté. Chaque secteur a ses propres besoins et exigences pour cette forme de technique de mesure, auxquels nous répondons par une large gamme de modèles et de jauges différents.
Quelles sont les substances qui peuvent être mesurées ?
Vous trouverez ci-dessous un aperçu complet des échantillons et de leurs angles de rotation spécifiques. La plupart des résultats sont valables pour des conditions de mesure standard (T=20 °C et λ = 589 nm). Les écarts sont indiqués.
Remarque : cet aperçu est donné à titre indicatif. Nous pouvons volontiers discuter des modèles de polarimètres les mieux adaptés à vos besoins de mesure lors d’une consultation personnelle. N’hésitez pas à nous contacter.
Domaines d'application typiques
Analyseurs polarimétriques pour une large gamme d’applications
La polarimétrie est l’une des principales méthodes de contrôle de qualité dans les industries pharmaceutique, chimique, cosmétique, alimentaire et des boissons. L’analyse des substances optiquement actives permet de déterminer l’identité et la qualité des substances, ainsi que leur concentration dans les mélanges, grâce à l’angle de rotation. De même, les polarimètres peuvent indiquer la progression des réactions et des transformations de la matière.
L’industrie pharmaceutique utilise les appareils de mesure pour garantir une séparation parfaite des énantiomètres, déterminer la concentration de substances optiquement actives ou analyser les relations entre les propriétés toxiques et pharmacologiques.
Dans la fabrication de produits alimentaires, les polarimètres vérifient la pureté des matières premières ou donnent des informations sur les qualités des produits. L’éventail des applications de ces instruments de mesure est très large.
Pour information, vous trouverez ci-dessous un aperçu des applications typiques, des substances étudiées, des normes associées et des polarimètres que nous recommandons.
Innovation modèle P9000
Pour répondre aux exigences les plus élevées, nous avons développé le polarimètre de la série P9000. Il s’agit d’un instrument de mesure high-tech amélioré, doté de nombreuses nouvelles fonctions. La série P9000 garantit des mesures d’une grande précision et vous fournit des données fiables et sûres dans les plus brefs délais.
Un polarimètre repensé
- Nouvelle géométrie de la cuvette pour plus de confort. La nouvelle cuvette permet une régulation de la température très rapide ainsi qu’une répartition uniforme de la température sur la section de la cuvette. Un confort d’utilisation maximal est garanti lors du remplissage et du nettoyage. La cuvette est automatiquement reconnue par la technologie RFID.
- La température de mesure choisie par l’utilisateur est réglée de manière autonome par le système. Les éléments Peltier de haute précision régulent et maintiennent la température spécifiée.
- Une fonction de contrôle spéciale surveille la régulation de la température en continu à l’aide de deux capteurs de température. Ce n’est que lorsque la régulation de la température, la fonction de contrôle et la stabilisation de la température indiquent une température exactement stable que la fonction de contrôle s’ouvre et que la mesure commence. La disponibilité de la mesure est indiquée par un signal LED.
- Possibilité d’extension en option jusqu’à huit longueurs d’onde différentes.
Comment utiliser
Nous proposons différentes solutions de polarimètres en fonction de l’Application. Outre nos nouveaux modèles, nombreux sont ceux qui optent pour les polarimètres éprouvés de la série P8000. Ce sont les polarimètres les plus rapides du monde et ils sont conformes aux normes mondiales (21-CFR Part 11). La LED P1000, majoritairement utilisée à des fins de formation, mesure la rotation optique selon le principe de pénombre. Le modèle P3000 est une solution économique : il est utilisé lorsqu’une précision de mesure de ±0,01° est suffisante. Avec les plaques de contrôle en quartz certifiées PTB (conformes aux normes OIML, ICUMSA et aux pharmacopées), l’étalonnage et l’ajustage sont précis et faciles à réaliser.
