Поляриметрические методы определения углеводов
Углеводы (сахара и крахмал, которые в первую очередь подлежат контролю в бродильных производствах) обладают оптической активностью, которая обусловливается наличием в их молекулах асимметрических атомов углерода.
Оптическую активность углеводов можно обнаружить и измерить при помощи поляризованного света. Поляризованным называют свет, у которого электромагнитные колебания происходят только в одной плоскости, перпендикулярной направлению луча света. Эта плоскость называется плоскостью колебаний, а перпендикулярная ей плоскость – плоскостью поляризации. Обе плоскости взаимосвязаны: при изменении положения одной плоскости на ту же величину изменяется положение другой.
При прохождении поляризованного света через слой оптически активного вещества плоскость поляризации изменяет свое положение, поворачиваясь вправо или влево ( если смотреть навстречу лучу света ) на некоторый угол, который называется углом вращения плоскости поляризации α. Вращение плоскости поляризации вправо обозначают знаком «+», влево – знаком «–».
Прибор для измерения угла поворота плоскости поляризации света называется поляриметром. Шкала сахариметра градуирована по сахарозе в условных градусах (рис. 2).
Рис.
2. Схема простого
кварцевого компенсатора и
шкала поляриметра
По этой шкале отсчет 100 оS получают, когда измеряют вращение раствора, содержащего при 20 оС в 100 см3 26,0 г химически чистой безводной сахарозы, а измерение проводят при 20 оС в поляриметрической трубке длиной 200 мм. Отсчет 0 оS получают, когда та же трубка заполнена дистиллированной водой. Расстояние между этими отметками делят на сто равных частей – градусов, следовательно, 1 оS шкалы соответствует 0,26 г сахарозы. Такая шкала называется международной сахарной шкалой. 100 оS сахарной шкалы соответствуют 34,62 град дуговой шкалы поляриметра, а 1 оS = 0,3462 град дуговой шкалы. Число 0,3462 используется как коэффициент перевода градусов сахарной шкалы в дуговые градусы.
Масса навески 26,0 г и трубка длиной 200 мм называются нормальными. Если на анализ берут нормальную навеску материала или раствора, содержащую сахарозу, и поляриметрируют в нормальной трубке, то шкала сахариметра показывает содержание сахарозы в анализируемом образце в процентах.
Например, при анализе мелассы взяли массу навески 26,0 г в колбу на 100 см3, измерение вращения проводили в трубке длиной 200 мм. При этом показание шкалы было 48,2 оS, следовательно, в навеске содержалось 48,2 – 0,26 г сахарозы а в 100 г мелассы содержится (48,2 – 0,26) · 100 : 26,0 = 48,2 % сахарозы. Таким образом, работать с нормальной навеской или с кратным ей количеством сахарозосодержащего вещества очень удобно. Чтобы получить результаты анализа в процентах, показание сахариметра для трубки длиной 100 мм умножают на 2, а для трубки длиной 400 мм делят на 2.
Точность установки на полутень, а следовательно, и точность измерения зависят от опытности и субъективных особенностей светового восприятия наблюдателя. Поэтому при анализе одного и того же раствора двумя исполнителями могут получаться разные результаты. К тому же при большом числе измерений глаза быстро утомляются, острота восприятия снижается и воспроизводимость измерений падает. Эти недостатки визуальных сахариметров устранены в современных автоматических фотоэлектрических поляриметрах.
Основной недостаток поляриметрического метода заключается в его неспецифичности: им нельзя определить один какой-нибудь сахар в присутствии других сахаров и оптически активных несахаров. При измерении угла вращения такой смеси получают алгебраическую сумму углов вращений право- и левовращающих веществ. Поэтому, когда нужно найти действительное содержание данного сахара, прибегают к различным сложным приемам. Для анализа чистых сахаров этот метод является одним из наиболее быстрых и точных, так как позволяет определять содержание сахара с точностью до 0,02 % и не требует большого разведения раствора, всегда вносящего ошибку в результаты анализа.