книги из ГПНТБ / Рухлядева А.П. Технохимический контроль спиртового производства

С повышением температуры удельное вращение уве­ личивается. Поэтому все исследования вращения пло­ скости поляризаций должны относиться к определен­

та через раствор; С — концентрация раствора, т. е. содержание оптически актив­

ного вещества, г/100 мл раствора.

Из приведенного выражения можно определить кон­ центрацию оптически активного вещества:

ß - 100

Зная удельное вращение данного вещества и опреде­ лив общую поляризацию его раствора, можно вычис­ лить концентрацию вещества в растворе.

На этом принципе и основан поляриметрический ме­ тод анализа.

Ниже приведены средние значения [а]о для некото­ рых углеводов (в град).

Свежеприготовленные растворы глюкозы, мальтозы, фруктозы и других углеводов имеют определенную ве­ личину угла вращения, которая, однако, с течением мо­ жет изменяться. Это явление называется мутаротацией и объясняется наличием в растворе нескольких изомер­ ных модификаций данного вещества, способных перехо-

10

дить одна в другую. Так, например, D -глюкоза сущест­ вует в двух формах а и ß.

Н-СсгОН он-с^-н

СҢОН CHjOH

Обе формы глюкозы существуют в свежеприготов­ ленных растворах и обладают различной вращательной способностью, a -D -глюкоза +110,1°, а ß-D-глюкоза + 19,3°. После мутаротации получается раствор, обла­ дающий конечным вращением [а]д = + 5 2 ,5 °. Прибавле­

ние в этот раствор 0,1%-ного раствора аммиака вызы­ вает моментальное исчезновение мутаротации.

Приборы для измерения угла вращения плоскости поляризации. Эти приборы называются поляриметрами. В контроле спиртового производства применяются по­ ляриметры, называемые сахариметрами, существенным отличием которых является особое устройство шкалы. Шкала сахариметра линейно-эмпирическая. Она гра­ дуирована по раствору химически чистой сахарозы, со­ держащему 26 г ее в 100 мл. Такой раствор при поля­ ризации в трубке длиной 200 Мм при температуре 20° С дает показание на условной шкале 100°. Шкала разде­ лена на 100 равных частей; одно деление шкалы отве­ чает содержанию 0,26 г сахарозы.

Шкала сахариметра называется нормальной шкалой, а навеска 26 г — нормальной навеской.

При растворении нормальной навески в 100 мл воды при 20° С и поляризации полученного раствора в труб­ ке длиной 200 мм показание сахариметра дает непо­ средственное содержание сахарозы в исследуемом ра­ створе. Следовательно, если на шкале при соблюдении всех указанных выше условий было отсчитано п деле­ ний, то продукт содержит га'% сахарозы. Действитель­ но, п делений шкалы соответствуют 0,26« г сахарозы.

11

Это количество содержится в 26 г исследуемого про­ дукта, а в 100 г его будет

0,26л . 100

------ —------ —п %.

26

Если на анализ берут не полную навеску (26 г), а часть ее (например, 13 г), то показания поляриметра пересчитывают для определения сахара на полную на­ веску (в данном случае умножают на 2).

если поляризацию проводят в трубке, отличающейся по длине от 200 мм (например, длиной 400 или 100 мм).

Известны поляриметры и с круговой шкалой, разде­ ленной на 360 дуговых градусов.

Если нормальную навеску сахарозы растворить в 100 мл воды и поляризовать в таком поляриметре, то плоскость поляризации отклонится на

2 • 26 ■66,5

34,68°,

100

где 66,5 — величина удельного угла вращения сахарозы, град.

Отсюда следует, что 100 делений нормальной шкалы равны 34,68° круговой шкалы, а одно деление нормаль­ ной шкалы равно 0,3468 деления круговой шкалы.

В качестве поляризаторов и анализаторов в сахари­ метрах используют специальные призмы, чаще всего призмы Николя, изготовленные из исландского шпата. Призмы состоят из двух половинок кристалла, склеен­

12

торые поляризованы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Луч 5 2 подчиняется всем законам прелом­ ления лучей, дает постоянство отношений угла падения к углу преломления и поэтому называется «обыкновен­ ным». Этот луч испытывает на поверхности вс полное внутреннее отражение, поглощается боковой зачернен-

Рис. 3. Оптическая схема поляриметра СУ-3.

ной гранью призмы и не выходит из нее. Поляризован­ ный луч 5 1 не подчиняется законам преломления, от­ клоняется от плоскости падения (поэтому он и назы­

ляризатору. Освещенность полей регулируют кварцевым

13

устанавливается поляриметрическая трубка с испытуе­ мым раствором. За защитным стеклом 7 находится кварцевый компенсатор, состоящий из трех клиньев: подвижного кварцевого клина 8, стеклянного контркли­ на 9 и неподвижного кварцевого клина 10.

Кварцевый компенсатор компенсирует вращение пло­ скости поляризации, вызванное исследуемым раство­ ром. За ним установлен анализатор 11, который обна­ руживает смещение плоскости поляризации, вызванное

Основные части прибора СУ-3 (рис. 4) — это соеди­ ненные траверсой 10 измерительная головка 2 и осве­ тительный узел 8. На траверсе укреплены камера 5 для поляриметрических трубок и поляризатор 6 с оправкой.

На лицевой стороне измерительной головки прибора имеется лупа 1 в оправе для отсчета показаний по шка­ ле и зрительная трубка 16, в которой находится гильза 15 с анализатором, снимаемая при регулировании одно­ родности поля зрения. На тыльной стороне измеритель­ ной головки находится винт 4 для установки шкалы прибора на нуль при помощи ключа. В нижней части измерительной головки расположена рукоятка кре­ мальерной передачи для перемещения подвижного кварцевого клина и связанной с ним шкалы.

Осветительный узел состоит из патрона с лампой,'

14

установленного при помощи трех винтов 9, и поворот­ ной обоймы 7 со стеклянным светофильтром, матовым стеклом и диафрагмой.

Траверса крепится болтом к литому основанию 13, в котором расположены трансформатор, питающий лам­ почку от сети переменного тока напряжением 220 В.

Рис. 4. Общий вид поляриметра СУ-3:

1 — лупа, 2 — измерительная головка, 3 — винт для установ­

освобождена от поляриметрической трубки. Медленно

ключа перемещают нониус до совмещения его нулево­ го деления с нулевым делением шкалы.

После установления нуля прибора приступают к определению поляризации исследуемого раствора. Для этого вначале заполняют поляризационную трубку этим раствором, закрывают ее с одного конца покровным стеклом с прокладкой и завинчивают гайку. Затем бе­

15

рут трубку за верхнюю часть двумя пальцами и в вер­ тикальном положении наливают в нее столько иссле­ дуемого раствора, чтобы он выступал поверх краев трубки в виде большой капли и ожидают некоторое время, в течение которого имеющиеся в растворе пу­ зырьки воздуха поднимаются вверх. Подъем воздуш­ ных пузырьков можно ускорить, если слегка ударять

пальцами по стенкам вертикально поставленной труб­ ки. Затем закрывают трубку покровным стеклом, на­ двигая его со стороны в горизонтальном направлении, как бы срезая выступающую каплю жидкости.

Закрывать трубку нужно быстро и аккуратно так, чтобы под покровным стеклом не осталось воздушного пузырька. Если это не удается сделать сразу, то выте­ рев досуха стекло и долив в трубку раствор, повторяют операцию.

После заполнения поляризационной трубки исследуе­ мым раствором ее помещают в камеру прибора. При этом наблюдается изменение однородности половин по­ ля зрения. Вращая рукоятку кремальерной передачи, уравнивают однородность половин поля зрения и при помощи нониуса проводят отсчет показаний шкалы с точностью до 0,1°. Уравнивание однородности половин поля зрения и отсчет показаний шкалы повторяют 5 раз и берут из них среднеарифметическое значение, которое и будет являться результатом измерения.

Отсчеты берут по нониусу, определяя, между какими

16

проверяется штангенциркулем; отклонения от нормы не должны превышать 0,1 мм; перед заполнением трубку необходимо высушить пыжами из фильтровальной бу­ маги и прополоскать исследуемым раствором; покров­ ные стекла также должны быть вымыты и вытерты до­ суха; в трубке, наполненной раствором, не должно быть

Рис. 7. Оптическая схема лабораторного автоматического поляри­ метра АЫЕПЛ.

пузырьков воздуха; по окончании работы трубку сле­ дует вынуть из поляриметра, освободить от раствора, промыть дистиллированной водой и высушить; лампу поляриметра включают только во время поляризации. Нельзя оставлять поляриметр с включенным светом; поляриметрические трубки необходимо хранить в стро­ го горизонтальном положении в условиях, исключаю­ щих их перегиб.

Одним из недостатков поляриметра марки СУ-3 яв­ ляется некоторая субъективность определений.

А в т о м а т и ч е с к и й л а б о р а т о р н ы й п о л я р и ­ м е т р А І-Е П Л выполняет автоматически компенсацию вращения плоскости поляризации раствора и дает от­ счет величины поляризации. Подготовка пробы прово­ дится периодическим способом.

Принципиальная схема прибора ясна из рис. 7. Све­ товой поток от осветителя 1 конденсером 2 направ­ ляется через интерференционный светофильтр 3, поля­ ризатор-модулятор 4, измерительную кювету 5 и анали­ затор 6 на фотоприемник 7.

18

Световой поток, усиленный усилителем 8, 9, питает управляющую обмотку реверсивного двигателя 10. Вто­ рая обмотка его питается параллельно обмотке воз­ буждения модулятора от сети. Двигатель через зубча­ тую передачу вращает ось 11, на которой закреплена шкала 12 и профильный кулачок 13, от которого через систему рычагов 14, 15 поворачивается анализатор 6.

Рис. 8. Общий вид автоматического поляриметра марки

при отсутствии в кювете оптически активного вещества момент вращения равен нулю. При введении в кювету оптически активного вещества плоскость поляризации светового потока, поступающего на анализатор, будет повернута на некоторый угол, что вызовет появление на управляющей обмотке двигателя напряжения и он при­ дет в движение, компенсируя поворотом анализатора угол разбаланса, пропорциональный величине удельно­

При работе с прибором в первую очередь необходи­ мо соединить измерительный блок и усилитель кабеля­ ми й подключить к сети. Затем включить тумблер на усилителе и тумблер включения измерительного блока:

19