2.3.2 Поляриметрия

 

Поляриметрией называют метод, основанный на определении оптического вращения. Оптическое вращение – вращение пло­скости поляризации света раствором оптически активного вещества. Оптическому вращению подвергается поляризованный свет. Поля­ризованный свет отличается тем, что колебания световых волн в нем происходят только в одной плоскости, а в неполяризованном – во всех плоскостях (рисунок 8). Плоскость, в которой происходят колебания волн поляризованного света, называют плоскостью поляризации.

Поляризованный свет образуется при прохождении световых лучей через кристаллы, обладающие оптической неоднородностью и дающие двойное изображение при рассматривании предметов через них (исландский шпат, турмалин). Преломление световых волн в разных плоскостях в таких кристаллах происходит по-раз­ному. Наименьшему преломлению подвергаются световые волны, плоскость колебаний которых совпадает наилучшим образом с опти­ческими свойствами кристалла. В кристалле вследствие этого наблюдается раздвоение луча света, причем оба луча поляризо­ваны, но плоскости поляризации у них взаимно перпендикулярны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 – Схема кругового поляриметра:

I – неполяризованный свет; II – поляризованный свет; III – вращение плоскости поляризации; IV – приведение плоскости поляризации к оптической оси анализатора

Один луч подвергается большему преломлению, другой – мень­шему. На основе различной преломляемости лучей основано дей­ствие поляризатора – призмы Николя, состоящей из склеенных вместе двух призм из исландского шпата. В призме Николя (рисунок 8) один луч проходит через призму, другой подвергается полному внутреннему отражению. Луч, прошедший через призму Николя, полностью поляризован и его плоскость поляризации вращается в растворах оптически активных веществ. Оптически активные вещества могут вращать плоскость поляризации в правую или левую сторону. В зависимости от этого их называют право- (d)-или лево- (l)-вращающими. Оптической активностью обычно обла­дают органические соединения, имеющие асимметрический атом углерода, т. е. атом углерода, связанный с четырьмя различными функциональными группами. Поляризованный свет в таких веще­ствах под действием асимметричности структуры отклоняет пло­скость поляризации от первоначального положения.

Отклонение плоскости поляризации выражают в угловых граду­сах и называют углом вращения плоскости поляризации. Угол вра­щения зависит от природы вещества, его концентрации, толщины слоя, длины волны света и температуры. При измерении угла вращения одного и того же вещества в специальных кюветах при по­стоянной температуре его значение зависит только от концентра­ции.

Способность веществ вращать плоскость поляризации характе­ризуют удельным вращением – вращением плоскости поляриза­ции в правую или левую сторону, происходящим при прохождении поляризованного света через слой раствора в 1 дм, имеющего кон­центрацию 1 г/см³ (кг/дм³). Удельное вращение обозначают с индексом , указывающим на используемую при измерениях длину волны света линии в спектре натриевой лампы, и индек­сом , обозначающим температуру раствора. В растворах удельное вращение обычно измеряют при 20°С и обозначают . Правое удельное вращение обозначают знаком «+», левое – знаком «–». Удельное вращение определяют по формуле:

для жидкостей

;

для растворов

,

где – угол вращения в градусах; – толщина слоя жидкости, дм; – процентная концентрация раствора; – плотность жидкости.

Измерение угла вращения производят на специальных прибо­рах — поляриметрах, которые выпускаются в нескольких модифи­кациях. В круговом поляриметре (рис. 8) луч из источника света 1 поступает на светофильтр 2, конденсор 3, поляризатор 4, затем проходит через кювету с раствором 5 и анализатор 6. Анализатор представляет собой вращаемую поляроидную пленку (или призму Николя), связанную с отсчетным устройством 7 (шкалой). Вращая анализатор, уравнивают в окуляре прибора 8 освещенность полей 9, что свидетельствует о совпадении его оптической оси с плоскостью поляризации, и по отсчетному устройству замеряют угол пово­рота анализатора. В качестве кюветы поляриметра используют трубку, в торцы которой вставлены съемные стекла. Перед изме­рениями кювету промывают дистиллированной водой, затем за­полняют ее, предварительно ополоснув анализируемым раствором, стремясь, чтобы при наложении торцевого стекла в ней не было пузырьков воздуха. Кювета имеет длину 1 дм.

В клиновых поляриметрах анализатор укреплен неподвижно и представляет собой плоскопараллельную пластинку из право­вращающего кварца и два клина из левовращающего кварца. Один из клиньев неподвижен, второй передвигается относительно пер­вого с помощью микрометрического винта, связанного с отсчетным устройством, уравнивая при этом освещенность полей в окуляре прибора.

Поляриметрию применяют для определения концентрации ра­створов оптически активных веществ, в основном углеводов – саха­розы, глюкозы. Удельное вращение является константой, исполь­зуемой для идентификации веществ. Расчет концентрации вещества в растворе, если известно его удельное вращение, производят по формуле

. (15)

Значения удельного вращения некоторых веществ в водных растворах приведены в таблице 5. Если используется не вода, а дру­гой растворитель или удельное вращение неизвестно, концентра­цию вещества в растворе можно определить по калибровочному графику, используя серию растворов с известными концентра­циями.

Таблица 5 – Удельное вращение некоторых веществ в воде

Вещество		Вещество
Глюкоза	+53,1	Аскорбиновая кислота	+23,0
Сахароза	+66,4	Сахар молочный	+53,5
Фруктоза	-93,0