Тема 3.7. Поляриметрический метод.

основанный на вращении плоскополяризованного монохромати­ческого луча света оптически активными веществами. Метод предназначен для определения только оптически активных ве­ществ, способных вращать плоскость поляризации света.

В видимом свете колебания электромагнитной волны проис­ходят в различных направлениях. Плоскополяризованиым назы­вается свет, колебания которого происходят в одной плоскости. При упорядоченных колебаниях в определенном направлении свет поляризован линейно и обычно сохраняет первичное поло­жение плоскости поляризации. Получить плоскополяризованный свет можно с применением кристаллов, способных пропускать свет одного определенного колебания.

При прохождении поляризованного света через оптически активное вещество происходит поворот плоскости поляризации на некоторый угол, называемый углом вращения плоскости поля­ризации (а). Этот угол зависит от природы оптически активного вещества и растворителя, концентрации и толщины слоя раство­ра. Такая зависимость описывается законом Био:

а = «уд * 1 ■ с,

где а_уд - удельное вращение плоскости поляризации света; 1 - толщина слоя раствора (длина поляриметрической трубки), дм; с - концентрация вещества в растворе, г/см³.

Каждое оптически активное вещество характеризуется опре­деленным удельным вращением плоскости поляризации света, происходящем при прохождении через слой раствора толщиной 1 дм с концентрацией оптически активного вещества 1 г/см³. Удельное вращение зависит от природы вещества, длины волны

света, температуры и обозначается, например, [а] ^, где D -

длина волны света желтой линии натрия, 589 им; температура раствора 20 °С. При выполнении анализа длина волны света должна быть постоянна, термостатирование раствора обязатель­но. •

По закону Био можно рассчитать концентрацию вещества в растворе, измерив угол вращения плоскости поляризации света и зная удельное вращение вещества (приводится в справочниках [41,52]).

В поляриметрии возможны качественный анализ (идентифи­кация вещества по удельному или молярному вращению) и коли­чественный анализ (определение концентрации растворенного вещества). Угол вращения плоскости поляризации света при про­хождении его через анализируемый раствор измеряют на поля­риметре.

Устройство поляриметра. Основными частями прибора являются источник поляризованного света - поляризатор и блок измерения - анализатор (рис. 19).

Работа прибора основана на принципе уравнивания яркости разделенного на две части поля зрения. Световой поток от лампы 1 проходит через дихроматный светофильтр 2, где происходит 224монохроматизация света (А, = 590 нм), и конденсор 3, попадает в поляризатор 4 - призму Николя, которая делит луч на две со­ставляющие.

Рис. 19. Оптическая схема поляриметра-сахариметра: 1 - источник света; 2 - светофильтр; 3 - конденсор; 4 - поляризатор; 5 - поля­риметрическая трубка; 6 - клин левого вращения; 7 - контрклин и малый кварцевый клин; 8 - анализатор; 9 - окуляр

Поляризатор установлен так, что плоскости поляризации обоих лучей составляют одинаковые углы с плоскостью поляри­зации аналогичной призмы - анализатора 8, т. е. плоскости поля­ризатора и анализатора параллельны. При этом в окуляре 9 на­блюдается равномерное яркое освещение двух полей (рис. 20, а). При установлении поляриметрической кюветы 5 с раствором оп­тически активного вещества равенство освещенности двух полей нарушается (рис. 20, б), поскольку изменяется угол вращения плоскости поляризации одного из лучей при прохождении через раствор.

Для измерения угла отклонения плоскости поляризации лу­ча необходимо уравнять освещенность обоих полей. Для этого в поляриметре применяют клиновой компенсатор, состоящий из большого кварцевого клина левого вращения 6 (рис. 19), контр­клина и малого кварцевого клина правого вращения 7. Вращени­ем большого клина относительно малого подбирают толщину кварцевой пластинки, необходимую для компенсации угла пово­рота плоскости поляризации луча. Плоскость поляризации лучей в призме Николя перпендикулярна плоскости поляризации ана­лизатора. При этом освещенность обоих полей зрения уравнива­ется (рис. 20, в). Такое положение называют настройкой прибора «на темноту». Одновременно с большим клином перемещается шкала измерения углаМеждународная сахарная шкала. Шкала поляриметра- сахариметра проградуирована в градусах международной сахар­ной шкалы, °S. По этой шкале 100 °S соответствуют углу враще­ния плоскости поляризации света водным раствором, содержа­щим 26,0000 г сахарозы, взвешенной с применением латунных разновесов на аналитических весах, в 100 см³ раствора (при 20 °С) в поляриметрической трубке длиной 2 дм. При этом при­меняется белый свет и дихроматный светофильтр. Один градус сахарной шкалы соответствует содержанию 0,26 г сахарозы в

0. см³ раствора.

Пользуясь международной сахарной шкалой, можно непо­средственно определять массовую долю сахарозы (%) в анализи­руемом продукте. Для этого взвешивают 26,0000 г продукта и растворяют его в дистиллированной воде в мерной колбе вме­стимостью 100 см³. Приготовленный раствор поляриметрируют в трубке длиной 2 дм. Показания шкалы прибора соответствуют массовой доле сахарозы в пробе.

Для лактозы и глюкозы (гексозы) стандартная масса навески продукта составляет 33,0000 г; одно деление шкалы соответству­ет содержанию гексозы 0,33 г.

Правила работы на поляриметре. Перед началом измере­ний прибор устанавливают на нуль. Для этого (при отсутствии в ячейке кюветы) вращением рукоятки, расположенной в нижней части измерительного блока, добиваются полной однородности полуосвещенности обеих половин поля зрения (настройка на «темноту»). При этом нулевые деления нижней (подвижной) и верхней (нониус) шкал должны совпадать (рис. 21, а). Если тако­го совпадения нет, необходимо обратиться к лаборанту В ячейку прибора помещают поляриметрическую трубку (кювету) с анализируемым раствором сахарозы. Однородность освещения половинок поля нарушается. Вращают рукоятку изме­рительного блока против часовой стрелки и выравнивают осве­щенность обеих половинок поля.

При помощи нониуса и подвижной шкалы вычисляют угол вращения с точностью до 0,05 °S. По шкале отмечают угол вра­щения, например, 14 °S (рис. 21, б), по нониусу - десятые и со­тые доли угла, например, 0,80 °S; угол вращения плоскости поля­ризации составляет 14,80 °S.

Правильность показаний поляриметра проверяют также с применением контрольной кварцевой трубки, снабженной легко- вывинчивающимися кварцевыми пластинками с углом вращения

• 40 °S и +100 °S. Для этого помещают трубку в ячейку прибора, добиваются полной однородности полуосвещенности обеих по­ловин поля зрения. В этом положении шкала прибора показывает

0. °S (алгебраическая сумма углов вращения обеих пластинок

• 40 + 100 = 60 °S). Если из трубки вывинтить кварцевую пла­стинку с углом вращения - 40 °S, то шкала прибора должна пока­зывать + 100 °S; если поместить трубку без контрольной пластин­ки +100 °S, то прибор должен показать точно - 40 °S.