Polarimetrie Analytik in Industrie, Forschung, Entwicklung
Analyse optisch aktiver Substanzen durch Drehwinkelbestimmung
Ein Polarimeter ist ein Gerät zur Bestimmung der Polarisationsrichtung von Licht und des Drehvermögens optisch aktiver Substanzen. Zu diesen Stoffen gehören u.a. Zucker, Aminosäuren und andere chirale Moleküle. Deshalb ist die Polarimetrie eine wichtige Analysemethode in der Chemie, Pharmazie, Lebensmittelanalytik und Biochemie. Die Messung unterscheidet zwischen zwei Größen.
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Optischer Drehwinkel – Er ist der erfasste Messwert, der die Drehung der Polarisationsebene angibt.
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Spezifischer Drehwinkel – Dies ist der Wert, der die Konzentration der Probe sowie die Länge der Messröhre berücksichtigt.
Um diese Messgrößen zuverlässig zu bestimmen, muss das Polarimeter den Weg des polarisierten Lichts und die resultierende Drehung exakt erfassen. Damit stellt sich die Frage, wie ein Polarimeter technisch aufgebaut ist und wie der Messvorgang funktioniert.
Inhalt
Wie funktioniert ein Polarimeter?
Die Analyseinstrumente messen die Veränderung der Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht, nachdem dieses mit einer optisch aktiven (chiralen) Substanz (z.B. Zucker) in Kontakt gekommen ist. Bei dieser Wechselwirkung wird die Polarisationsrichtung der Lichtwelle um einen bestimmten Winkel gedreht – den Drehwinkel.
Beispiel: Saccharose (unten) dreht die Polarisationsebene im Uhrzeigersinn, während Fructose (oben) sie gegen den Uhrzeigersinn dreht. Dadurch lassen sich beide Stoffe eindeutig voneinander unterscheiden.
Der Drehwinkel liefert wertvolle Informationen über die Molekülstruktur, die Reinheit sowie die Konzentration der untersuchten Substanz.
Die Funktionsweise dieser Analysemethode lässt sich nur vollständig verstehen, wenn bestimmte Eigenschaften von untersuchten Proben bekannt sind. Denn nicht jede Substanz beeinflusst polarisiertes Licht – diese Fähigkeit ist an bestimmte Merkmale und Einflüsse gebunden.
Proben Eigenschaften und Messeinflüsse
Chiralität
Chiralität beschreibt die grundsätzliche Eigenschaft eines Moleküls, nicht deckungsgleich mit seinem Spiegelbild zu sein. Die bei der Polarimetrie ausgenutzte optische Aktivität tritt nur bei chiralen Molekülen auf. Ihre räumliche Struktur, entspricht einem Spiegelbild, das sich durch keine Drehung zur Deckung bringen lässt. Ein Beispiel sind die eigenen Hände: Die linke Hand entspricht dem Molekül, die rechte seinem Spiegelbild – trotz Drehung passen sie nie exakt übereinander.
Viele chemische Verbindungen zeigen genau dieses Verhalten. Durch ihre fehlende Symmetrie können sie die Polarisationsebene von Licht drehen. Diese optische Aktivität wird gemessen und liefert Informationen über Struktur, Reinheit und Zusammensetzung.
Messeinflüsse
Die optische Aktivität – und damit der ermittelte Messwert – wird durch die Temperatur, die Wellenlänge des Lichts und die Länge des optischen Weges beeinflusst. Die Länge des optischen Wegs wird durch die Länge der genutzten Messröhre oder Küvette bestimmt. Dabei gilt, ein längerer optischer Weg hat einen größeren Drehwinkel zur Folge. Auch mit steigender Konzentration wird der Drehwinkel größer. Bei Temperatur und Wellenlänge ist es abhängig von dem zu untersuchenden Stoff, ob durch Erhöhung dieser Größen ein größerer oder kleinerer Drehwinkel gemessen wird.
Beispiel: Während der Drehwinkel bei Saccharose mit steigender Temperatur sinkt, ist es beim Quarz anders – er steigt mit steigender Temperatur.
Enantiomere
Enantiomere sind konkrete Paare spiegelbildlicher Moleküle. Sie lassen sich ebenfalls gut mit unseren Händen vergleichen: Beide Hände bestehen aus denselben „Bauteilen“ – Handfläche und fünf Finger – sind aber spiegelbildlich und nicht deckungsgleich.
Enantiomere besitzen die gleiche Summenformel und die gleichen Bindungen, unterscheiden sich aber in ihrer räumlichen Anordnung als Spiegelbilder. Diese spiegelbildlichen Formen können sehr unterschiedliche Eigenschaften haben – ein Enantiomer kann süß schmecken, das andere bitter. Beispiel: Limonen = R‑Limonen riecht nach Orange, S‑Limonen nach Zitrone. Bei Arzneimitteln: Beispiel: Ibuprofen = Arzneistoff mit R‑ und S‑Enantiomer (nur das S‑Enantiomer ist pharmakologisch aktiv)
Bedeutung von Chiralität und Enantiomeren
Viele pharmakologisch wirksame Substanzen sind chiral und liegen daher als Enantiomere vor. Obwohl Enantiomere die gleiche Summenformel und nahezu identische physikalische Eigenschaften besitzen – etwa Dichte oder Brechungsindex – lassen sie sich mit klassischen Methoden oder Verfahren wie HPLC (Hochleistungsflüssigchromatographie) nur schwer unterscheiden oder trennen. Genau deshalb sind Methoden wie die Polarimetrie so wichtig, denn sie nutzen eine Eigenschaft, die sich unterscheidet: die optische Aktivität.
Moderne Geräte wie ein KRÜSS Optronic‑Polarimeter ermöglichen dabei hochpräzise Messungen des Drehwinkels und liefern reproduzierbare Ergebnisse selbst bei sehr geringen Konzentrationen oder empfindlichen Proben. Durch die innovativen Assistenzsysteme eignen sich solche Instrumente besonders für die pharmazeutische Qualitätskontrolle und Forschung.
Warum Enantiomere in der Pharmaindustrie untersucht werden
Trotz ihrer strukturellen Ähnlichkeit können Enantiomere biologisch völlig unterschiedlich wirken. Der Grund: Sie reagieren unterschiedlich mit Enzymen, Rezeptoren und anderen biologischen Zielstrukturen, die selbst chiral sind. Dadurch entstehen teils große Unterschiede in:
- Wirkmechanismus
- Pharmakologischer Aktivität
- Toxizität
- Nebenwirkungen
- sensorischen Eigenschaften (z. B. Geruch, Geschmack)
Beispiel: Die Substanz Thalidomid – im Schlafmittel Contergan lag sie als Racemat (Enantiomerenverhältnis 1:1) vor. Ein Enantiomer wirkte teratogen, das bedeutet, eingenommen führte es beim Embryo zu Fehlbildungen. Das tragische Vorkommnis um die Contergan-Herstellung veranlasste in vielen Ländern die Einführung gesetzlicher Richtlinien, die während der Entwicklung chiraler Arzneimittel eingehalten werden müssen.
Um den hohen Standards der Pharmaindustrie und der Lebensmittelherstellung zu genügen, haben wir modernste Assistenzsysteme entwickelt, die eine Analyse optisch aktiver Substanzen auf höchstem Niveau garantieren.
Polarimeter für hochregulierte Bereiche
P9000-Serie: Sicher. Konform. Vollautomatisch.
Mit der neuen P9000-Serie setzt KRÜSS Optronic Maßstäbe in der Polarimetrie. Die Polarimeter messen mit neuartigen Assistenzsystemen und einer intelligenten Probenüberwachung sowie einer stabilen Temperierung bis ±0,1 °C.
- Die Probe lässt sich direkt im temperierten Messgerät befüllen und live per Kamera kontrollieren. Luftblasen, Partikel, Inhomogenitäten und Temperaturgradienten werden sicher erkannt und vermieden.
- Ein LED‑Lichtband signalisiert die Messbereitschaft, während das System kontinuierlich die Messwertstabilität prüft und nur Werte übernimmt, die definierte Qualitätskriterien erfüllen.
Die P9000-Serie liefert zuverlässige Ergebnisse, spart Zeit & erfüllt höchste regulatorische Anforderungen wie 21 CFR Part 11 und EU Annex 11.
Video Assistenzsysteme P9000-Serie
Produktfilm P9000-Serie ansehen
Normen und Richtlinien
Zertifizierte Messqualität nach globalen Standards
Mit einem Polarimeter können Sie charakteristische Eigenschaften von Substanzen bestimmen, ohne diese chemisch zu verändern oder zu zerstören. Besonders bei sensiblen und hochregulierten Anwendungen werden diese Analysegeräte nach normativen Vorgaben eingesetzt. Die Messgeräte müssen Industriestandards entsprechen (z. B. GMP, GAMP 5) oder normativ geforderte Funktionen bieten, z. B. gemäß 21 CFR Part 11 (z. B. Audit Trail).
Normen in der Polarimetrie regeln unter dem Aspekt „best practice“ die Umgebungsbedingungen und Probenvorbereitung wie auch Messtoleranzen, Eigenschaften und Ausstattung eines Gerätes oder Kalibriermittels. Wer die Analysegeräte nach normativen Vorgaben einsetzt, kann gewährleisten, dass Messungen korrekt und nach reproduzierbar ablaufenden Verfahren arbeiten.
Nachfolgend eine Übersicht aller uns bekannten Normen und Richtlinien, in denen auf Polarimetrie verwiesen wird. Anmerkung: Dies ist eine kurze Gesamtübersicht als Überblick. Welche Vorgaben die unterschiedlichen Polarimeter-Modelle von A.KRÜSS erfüllen, können wir gerne in einer persönlichen Beratung besprechen. Kontaktieren Sie uns gern.
Proben und Messwerte
Drehwinkel optisch aktiver Substanzen für jede Branche
Gemessen wird der Drehwinkel optisch aktiver Substanzen in Flüssigkeiten. Die ermittelten Werte dienen der Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Arzneiwirkstoffen sowie der Identitätsprüfung chiraler Substanzen im Wareneingangs‑ und Warenausgangslabor.
In der Lebensmittel‑, Stärke‑ und Zuckerindustrie werden polarimetrische Messungen zur Bestimmung von Konzentration und Reinheit eingesetzt. Da jede Branche eigene Anforderungen an diese Messtechnik stellt, bieten wir eine breite Auswahl unterschiedlicher Geräte und Messröhren an, um diesen Bedürfnissen gerecht zu werden.
Welche Substanzen lassen sich messen?
Im Folgenden finden Sie eine umfangreiche Übersicht verschiedener Proben und ihrer spezifischen Drehwinkel. Die meisten Angaben beziehen sich auf Standardmessbedingungen (T = 20 °C und λ = 589 nm). Abweichende Bedingungen sind entsprechend vermerkt.
Hinweis: Diese Übersicht bietet eine erste Orientierung. Welche Modelle für Ihre spezifischen Messaufgaben am besten geeignet sind, klären wir gern in einer persönlichen Beratung. Kontaktieren Sie uns jederzeit.
Typische Anwendungsbereiche
Breites Anwendungsspektrum. Präzise Ergebnisse.
Die Analyse optisch aktiver Substanzen ist eine der wichtigsten Methoden der Qualitätskontrolle in der Pharma-, chemischen, Kosmetik-, Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Mit dieser Methode lassen sich die Identität und Qualität von Stoffen sowie ihre Konzentration in Mischungen feststellen. Ebenso kann der Fortschritt von Reaktionen und Stoffumsätzen untersucht werden.
Die Pharmaindustrie setzt die Messgeräte ein, um einwandfreie Enantiomeren-Trennung sicherzustellen, die Konzentration von optisch aktiven Substanzen zu bestimmen oder die Zusammenhänge zwischen toxischen und pharmakologischen Eigenschaften zu analysieren.
In der Herstellung von Nahrungsmitteln überprüfen die Analysegeräte die Reinheit der Rohstoffe oder sie geben Aufschluss über die Produktqualitäten. Das Anwendungsspektrum der Messgeräte ist groß.
Zur Information: Nachfolgend eine Übersicht zu typischen Anwendungsgebieten, untersuchten Substanzen, zugehörigen Normen und den von uns empfohlenen KRÜSS Optronic Polarimetern.
Polarimeter Anwendungsbereiche
How to use – Produktvideos
Je nach Anwendung bieten wir verschiedene Polarimeter Lösungen, Kalibrierstandards und Zubehör an.
- Neben unserer neuen P9000-Serie gibt es weiterhin die bewährte P8000-Serie mit Wasser-Probentemperierung.
- Mehrheitlich zu Ausbildungszwecken genutzt wird das P1000-LED, es misst die optische Rotation nach dem Halbschattenprinzip.
- Eine wirtschaftliche Lösung ist das P3000-Modell: Es wird eingesetzt, wenn eine Messgenauigkeit von ±0,01° ausreicht.
- Mit den PTB-zertifizierten Quarzkontrollplatten (OIML-, ICUMSA- und Pharmakopöen konform) ist die Kalibrierung und Justierung der KRÜSS Optronic Messgeräte präzise und einfach durchführbar.
How to use – Produktvideos
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