Cukura šķīduma īpatnējās rotācijas konstantes un koncentrācijas noteikšana. GPM.2.1.0018.15 Polarimetrija Īpatnējo rotāciju aprēķina no viena
(POLARIMETRIJA)
optiskā rotācija ir vielas spēja pagriezt polarizācijas plakni, kad caur to iet polarizēta gaisma.
Atkarībā no optikas veida aktīvā viela Polarizācijas plaknes rotācijai var būt atšķirīgs virziens un lielums. Ja polarizācijas plakne griežas pulksteņrādītāja virzienā no novērotāja, uz kuru ir vērsta gaisma, kas iet caur optiski aktīvo vielu, tad vielu sauc par pa labi rotējošu un tās nosaukuma priekšā tiek likta "+" zīme, bet, ja polarizācijas plakne griežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam, tad polarizācijas plakne griežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam. tad vielu sauc pa kreisi un pirms tās nosaukuma liek zīmi "-".
Polarizācijas plaknes novirzes no sākotnējā stāvokļa lielumu, kas izteikts leņķa grādos, sauc par griešanās leņķi un apzīmē ar grieķu burtu a. Rotācijas leņķa vērtība ir atkarīga no optiski aktīvās vielas rakstura, polarizētās gaismas ceļa garuma optiski aktīvā vidē (tīrā vielā vai šķīdumā) un gaismas viļņa garuma. Šķīdumiem rotācijas leņķis ir atkarīgs no šķīdinātāja rakstura un optiski aktīvās vielas koncentrācijas. Rotācijas leņķis ir tieši proporcionāls gaismas ceļa garumam optiski aktīvā vidē, t.i. optiski aktīvās vielas vai tās šķīduma slāņa biezums. Temperatūras ietekme vairumā gadījumu ir niecīga.
Lai salīdzinoši novērtētu dažādu vielu spēju pagriezt gaismas polarizācijas plakni, aprēķina īpatnējās rotācijas vērtību [a]. Īpatnējā rotācija ir optiski aktīvās vielas konstante. Īpatnējo rotāciju [a] nosaka ar aprēķinu kā monohromatiskās gaismas polarizācijas plaknes griešanās leņķi pa 1 dm ceļu vidē, kurā ir optiski aktīva viela, nosacīti samazinot šīs vielas koncentrāciju līdz vērtībai, kas vienāda. līdz 1 g/ml.
Ja nav norādīts citādi, optiskās rotācijas noteikšanu veic 20°C temperatūrā un nātrija spektra D līnijas viļņa garumā (589,3 nm). Atbilstošo īpatnējās rotācijas vērtību apzīmē ar [a] D 20 . Dažreiz mērījumiem tiek izmantota dzīvsudraba spektra zaļā līnija ar viļņa garumu 546,1 nm.
Nosakot [a] optiski aktīvās vielas šķīdumos, jāņem vērā, ka atrastā vērtība var būt atkarīga no šķīdinātāja rakstura un optiski aktīvās vielas koncentrācijas. Šķīdinātāja maiņa var izraisīt [a] izmaiņas ne tikai lielumā, bet arī zīmē. Tāpēc, norādot īpatnējās rotācijas vērtību, ir jānorāda mērīšanai izvēlētais šķīdinātājs un šķīduma koncentrācija.
Īpatnējās rotācijas vērtību aprēķina pēc vienas no šīm formulām.
Vielām šķīdumā (1):
kur a ir izmērītais griešanās leņķis grādos; l ir slāņa biezums decimetros; c ir šķīduma koncentrācija, kas izteikta vielas gramos uz 100 ml šķīduma.
Šķidrām vielām (2):
kur a ir izmērītais griešanās leņķis grādos; l ir slāņa biezums decimetros; r ir šķidrās vielas blīvums gramos uz 1 ml.
Īpatnējo rotāciju nosaka vai nu sausnas izteiksmē, vai no žāvēta parauga, kas jānorāda privātajos rakstos.
Rotācijas leņķa mērīšanu veic, lai novērtētu optiski aktīvās vielas tīrību vai noteiktu tās koncentrāciju šķīdumā. Lai novērtētu vielas tīrību saskaņā ar (1) vai (2) vienādojumu, aprēķina tās īpatnējās rotācijas vērtību [a]. Optiski aktīvās vielas koncentrācija šķīdumā
tiek atrasti pēc formulas (3):
Tā kā [a] vērtība ir nemainīga tikai noteiktā koncentrāciju diapazonā, iespēja izmantot formulu (3) ir ierobežota ar šo diapazonu.
Rotācijas leņķa mērīšana tiek veikta uz polarimetra, kas ļauj noteikt griešanās leņķa vērtību ar precizitāti +/- 0,02 grādi.
Šķīdumiem vai šķidrām vielām, kas paredzētas griešanās leņķa mērīšanai, jābūt caurspīdīgām. Mērot, pirmkārt, ir jāiestata ierīces nulles punkts vai jānosaka korekcijas vērtība ar mēģeni, kas piepildīta ar tīru šķīdinātāju (strādājot ar šķīdumiem) vai ar tukšu cauruli (strādājot ar šķidrām vielām). Pēc ierīces iestatīšanas uz nulles punktu vai korekcijas vērtības noteikšanas tiek veikts galvenais mērījums, kas tiek atkārtots vismaz 3 reizes.
Lai iegūtu griešanās leņķa a vērtību, mērījumu laikā iegūtie instrumenta rādījumi tiek algebriski summēti ar iepriekš atrasto korekcijas vērtību.
Polarimetrijas teorija
Vielu optiskā aktivitāte ir ļoti jutīga pret molekulu telpiskās struktūras izmaiņām un starpmolekulāro mijiedarbību.
Vielu optiskās aktivitātes izpēte
Ar optisko polarimetru palīdzību tiek noteikts gaismas polarizācijas plaknes rotācijas lielums, kad tā iet cauri optiski aktīvai videi (cietām vielām vai šķīdumiem).
Polarimetriju plaši izmanto analītiskajā ķīmijā, lai ātri izmērītu optiski aktīvo vielu koncentrāciju (sk. Saharimetriju), identificētu ēteriskās eļļas un citos pētījumos.
- Optiskās rotācijas vērtība šķīdumos ir atkarīga no to koncentrācijas un optiski aktīvo vielu specifiskajām īpašībām.
- Gaismas rotācijas dispersijas mērīšana (spektropolarimetrija, griešanās leņķa noteikšana ar gaismas viļņa garuma izmaiņām) dod iespēju pētīt vielu uzbūvi.
Skatīt arī
Literatūra
- Volkenšteins M.V., Molecular Optics, M.-L., 1951
- Jerassi K., Optiskās rotācijas dispersija, trans. no angļu valodas, M., 1962
- Terentiev A.P., Organiskā analīze, M., 1966
Wikimedia fonds. 2010 .
- Īpašs karstums
- Elektrovadītspēja
Skatiet, kas ir "Īpaša rotācija" citās vārdnīcās:
Īpaša rotācija- skatiet rotācijas jaudu ķīmiskie savienojumi …
īpaša matērijas rotācija- Leņķis, par kādu griežas noteikta viļņa garuma optiskā starojuma polarizācijas plakne, kad tā vielā šķērso vienības garuma ceļu. [GOST 23778 79] Tēmas optika, optiskie instrumenti un mērījumi EN īpatnējā rotācija… …
šķīduma īpašā rotācija- Leņķa, par kādu griežas noteikta viļņa garuma optiskā starojuma polarizācijas plakne, šķērsojot vienības garuma ceļu vielas šķīdumā, attiecība pret šīs vielas koncentrāciju. [GOST 23778 79] Optikas tēmas, optiskā… Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata
Dažu organisko vielu īpatnējā rotācija- Vielas šķīdinātāja īpašā rotācija* Saharozes ūdens +66,462 Glikozes ūdens +52,70 … Ķīmiskā atsauce
vielas relatīvā īpatnējā rotācija- Vielas īpatnējās rotācijas attiecība pret šīs vielas blīvumu. [GOST 23778 79] Tēmas optika, optiskie instrumenti un mērījumi EN vielas relatīvā īpatnējā rotācija DE relatīvā spezifische Materialdrehung FR rotācijas relatīvā specifika… … Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata
Polarizācijas plaknes rotācija- šķērsvilnis ir fiziska parādība, kas sastāv no lineāri polarizēta šķērsviļņa polarizācijas vektora rotācijas ap tā viļņu vektoru, kad vilnis iet caur anizotropu vidi. Vilnis var būt elektromagnētisks, ... ... Wikipedia
POLARIZĀCIJAS LAKNES ROTĀCIJA- POLARIZĀCIJAS LAKNES ROTĒŠANA, polarizētās gaismas staru svārstību virziena (plaknes) maiņa (skat. Optiskā polarizācija). Šī īpašība piemīt: 1. Visi caurspīdīgie ķermeņi, ja tie ir novietoti magnētiskajā laukā (magnētiskā V. p. p.). Priekš… … Lielā medicīnas enciklopēdija
ĪPAŠĀ MAGNĒTISKĀ ROTĀCIJA- tāds pats kā (skat. VERDE CONSTANT). Fiziskā enciklopēdiskā vārdnīca. M.: Padomju enciklopēdija. Galvenais redaktors A. M. Prohorovs. 1983... Fiziskā enciklopēdija
Ķīmisko savienojumu rotācijas spēja- Ķīmisko savienojumu rotācijas spējas nosaukums nozīmē dažiem no tiem raksturīgo spēju novirzīt gaismas stara polarizācijas plakni no sākotnējā virziena. Pieņemsim, ka šādas polarizētas gaismas kūlī ...... enciklopēdiskā vārdnīca F. Brokhauss un I.A. Efrons
saharoze- (ķīmisks) nosaukums, kas atvasināts no vārda saharoze, kas ir niedru cukura sinonīms; sistemātiski lieto, lai apzīmētu ogļhidrātus vispārējā formulaС12Н22О11 tikai pašreizējā Enz. sl. un 1. sējumā op. Tollens Handb. der Kohlenhydrate (Bresl. ...... Enciklopēdiskā vārdnīca F.A. Brokhauss un I.A. Efrons
KRIEVIJAS FEDERĀCIJAS VESELĪBAS MINISTRIJA
VISPĀRĒJĀ FARMAKOPĒJAS APLIECĪBA
PolarimetrijaOFS.1.2.1.0018.15
GF vietāXII, 1. daļa, OFS 42-0041-07
Optiskā rotācija ir vielas īpašība pagriezt polarizācijas plakni, kad caur to iet polarizēta gaisma.
Atkarībā no optiski aktīvās vielas rakstura polarizācijas plaknes rotācijai var būt atšķirīgs virziens un lielums. Ja polarizācijas plakne griežas pulksteņrādītāja virzienā no novērotāja, uz kuru ir vērsta gaisma, kas iet caur optiski aktīvo vielu, tad vielu sauc par pa labi rotējošu un pirms tās nosaukuma ievieto (+) zīmi; ja polarizācijas plakne griežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam, tad vielu sauc par kreiso un tās nosaukuma priekšā liek zīmi (-).
Polarizācijas plaknes novirzes no sākotnējā stāvokļa lielumu, kas izteikts leņķa grādos, sauc par griešanās leņķi un apzīmē ar grieķu burtu α. Rotācijas leņķa vērtība ir atkarīga no optiski aktīvās vielas rakstura, polarizētās gaismas ceļa garuma optiski aktīvā vidē (tīrā vielā vai šķīdumā) un gaismas viļņa garuma. Šķīdumiem rotācijas leņķis ir atkarīgs no šķīdinātāja rakstura un optiski aktīvās vielas koncentrācijas. Rotācijas leņķa vērtība ir tieši proporcionāla gaismas ceļa garumam, t.i., optiski aktīvās vielas vai tās šķīduma slāņa biezumam. Temperatūras ietekme vairumā gadījumu ir niecīga.
Lai salīdzinoši novērtētu dažādu vielu spēju pagriezt gaismas polarizācijas plakni, aprēķina īpatnējās rotācijas vērtību [α].
Īpatnējā optiskā rotācija ir monohromatiskās gaismas polarizācijas plaknes griešanās leņķis α pie līnijas viļņa garuma D nātrija spektrs (589,3 nm), izteikts grādos, mērīts 20 °C temperatūrā, aprēķināts testējamās vielas slāņa biezumam 1 dm un samazināts līdz vielas koncentrācijai, kas vienāda ar 1 g/ml. Izteikts grādos mililitros uz decimetru gramu [(º) ∙ ml ∙ dm -1 ∙ g -1 ].
Dažreiz mērījumiem tiek izmantota dzīvsudraba spektra zaļā līnija ar viļņa garumu 546,1 nm.
Nosakot [α] optiski aktīvās vielas šķīdumos, jāņem vērā, ka atrastā vērtība var būt atkarīga no šķīdinātāja rakstura un optiski aktīvās vielas koncentrācijas.
Šķīdinātāja maiņa var izraisīt [α] izmaiņas ne tikai lielumā, bet arī zīmē. Tāpēc, norādot īpatnējās rotācijas vērtību, ir jānorāda mērīšanai izvēlētais šķīdinātājs un šķīduma koncentrācija.
Īpatnējo rotāciju nosaka sausnas izteiksmē vai no žāvēta parauga, kas jānorāda monogrāfijā.
Rotācijas leņķa mērīšana tiek veikta ar polarimetru, kas ļauj noteikt griešanās leņķa vērtību ar precizitāti ± 0,02 ºС temperatūrā (20 ± 0,5) ºС. Optiskās rotācijas mērījumus var veikt arī citās temperatūrās, taču šādos gadījumos farmakopejas monogrāfijā jānorāda temperatūras ņemšanas metode. Mēru parasti pārbauda, izmantojot sertificētas kvarca plāksnes. Skalas linearitāti var pārbaudīt ar saharozes šķīdumiem.
Šķīdumu optiskā rotācija jāmēra 30 minūšu laikā pēc to pagatavošanas; šķīdumiem vai šķidrām vielām jābūt caurspīdīgām. Veicot mērījumus, pirmkārt, ir jāiestata ierīces nulles punkts vai jānosaka korekcijas vērtība ar mēģeni, kas piepildīta ar tīru šķīdinātāju (strādājot ar šķīdumiem), vai ar tukšu cauruli (strādājot ar šķidrām vielām). Pēc ierīces iestatīšanas uz nulles punktu vai korekcijas vērtības noteikšanas tiek veikts galvenais mērījums, kas tiek atkārtots vismaz 3 reizes.
Lai iegūtu griešanās leņķa α vērtību, mērījumu laikā iegūtie instrumenta rādījumi tiek algebriski summēti ar iepriekš atrasto korekcijas vērtību.
Īpatnējās rotācijas vērtību [α] aprēķina pēc vienas no šīm formulām.
Vielām šķīdumā:
l– slāņa biezums, dm;
c ir šķīduma koncentrācija, g vielas uz 100 ml šķīduma.
Šķidrām vielām:
kur α ir izmērītais griešanās leņķis, grādos;
l– slāņa biezums, dm;
ρ ir šķidrās vielas blīvums, g/ml.
Rotācijas leņķa mērīšanu veic, lai novērtētu optiski aktīvās vielas tīrību vai noteiktu tās koncentrāciju šķīdumā. Lai novērtētu vielas tīrību saskaņā ar (1) vai (2) vienādojumu, aprēķina tās īpatnējās rotācijas vērtību [α]. Optiski aktīvās vielas koncentrāciju šķīdumā nosaka pēc formulas:
Tā kā [α] vērtība ir nemainīga tikai noteiktā koncentrāciju diapazonā, iespēja izmantot formulu (3) ir ierobežota ar šo diapazonu.
2. Pirms ierīces pievienošanas tīklam iestatiet ierīces minimālo jutību, griežot pogu "Setting 100" pretēji pulksteņrādītāja virzienam, līdz tā apstājas.
3. Pārbaudiet mikroampermetra rādītāja nulles pozīcijas atbilstību, ja nepieciešams, noregulējiet to ar korektora skrūvi 7 (3. att.).
4. Ievadiet zaļo absorbētāju "3" ar pogu "Absorbers".
5. Pievienojiet ierīci tīklam.
6. Atveriet fotoelektriskā kolorimetra vāku 1 un izņemiet kivetes turētāju.
7. Izņemiet “Solvent” kiveti, piepildiet to 2/3 no tilpuma ar ūdeni un novietojiet atpakaļ. Uzstādiet kivetes turētāju fotokolorimetrā. Neaizveriet kivetes kameras vāku.
8. Izmantojiet rokturi 3 “Kivete”, lai novietotu kiveti ar šķīdinātāju gaismas plūsmas ceļā.
9. Iestatiet nulli mikroampermetra skalā ar pogu 5 "Iestatījums 0".
10. Aizveriet kivetes nodalījuma vāku 1 un izmantojiet rokturi 4 "Iestatījums 100", lai iestatītu mikroampērmetra rādītāju uz simto daļu.
11. Atveriet kivetes kameras vāku 1 un noņemiet kivetes turētāju. Izņemiet tukšo kiveti, piepildiet to 2/3 no tās tilpuma ar zemāko testa šķīduma koncentrāciju un nomainiet to.
N 1. tabulā.
14. Atveriet kivetes kameras vāku 1 un noņemiet kivetes turētāju. Izņemiet kiveti ar testa šķīdumu un ielejiet to burkā ar tādas pašas koncentrācijas šķīdumu. Noslaukiet kiveti, piepildiet to 2/3 no tilpuma ar nākamo šķīdumu un nomainiet to.
15. Ievietojiet kivetes turētāju fotokolorimetrā. Izmantojiet rokturi 3 “Cuvette”, lai novietotu kiveti ar testa šķīdumu gaismas plūsmas ceļā. Aizveriet kivetes kameras vāku.
16. Norādiet nolasījumu uz mikroampermetra 6 skalas un pierakstiet N 1. tabulā.
17. Veiciet 14.–16. darbību ar pārējiem risinājumiem.
18. Veiciet vēl divas eksperimentu sērijas saskaņā ar 14. - 16. punktiem ar visiem šķīdumiem, sākot ar zemākās koncentrācijas šķīdumu. Neaizmirstiet iztukšot pēdējo šķīdumu.
19.Izslēdziet ierīci no elektrotīkla.
Mērījumu rezultātu apstrāde
1. Pēc vērtībām |
N visiem eksperimentiem nosaka |
Izmantojot |
|||||||||
formula (9). Ierakstiet rezultātus 1. tabulā. |
|||||||||||
2. Saskaņā ar 2. tabulu nosaka D visiem (skat. piezīmi) un tā vidējo |
|||||||||||
tā vērtību, ievadiet rezultātus 1. tabulā. |
|||||||||||
2. tabula |
|||||||||||
Piezīme. Tabulas pirmajā slejā ir norādītas optiskās vērtības |
|||||||||||
blīvums |
D līdz 0,1, un tā simtdaļas ir novietotas augšējā rindā |
||||||||||
akcijas. Rindas un kolonnas krustojumā ir norādītas atbilstošās caurlaidības vērtības. Meklējot absorbcijas vērtības, kas atbilst caurlaidības vērtībām, kas ir mazākas par 0,081, vispirms palieliniet šo caurlaidību par koeficientu 10, pēc tam atrodiet absorbcijas vērtību, kas atbilst iegūtajai caurlaidībai, un pievienojiet šai vērtībai vienu.
3. Aprēķiniet visām D vērtībām tās absolūto kļūdu, izmantojot formulu D | D cf D meas | , atrast vidējo D ,
Ierakstiet rezultātus 1. tabulā.
Piezīme. Ja optiskā blīvuma absolūtās kļūdas aprēķina rezultāts ir nulle, tad pieņem D 0,01.
4. Saskaņā ar optiskā blīvuma Dav vidējām vērtībām visiem
zināmās koncentrācijas, ņemot vērā tās absolūto kļūdu, konstruē kalibrēšanas grafiku D f (C ) .
5. Grafikā atzīmējiet punktu, kas atbilst nezināmas koncentrācijas šķīduma optiskā blīvuma vidējai vērtībai.
6. Atzīmējiet grafikā nezināmas koncentrācijas šķīduma optiskā blīvuma vidējās absolūtās kļūdas intervālu.
7. No grafika nosakiet šķīduma koncentrācijas vērtību C x ,
nometot perpendikulu attiecīgajai koordinātu asij.
8. Nosakiet šķīduma koncentrācijas absolūto kļūdu no grafika (skatiet piemēru 15. lpp.).
9. Nosakiet relatīvo kļūdu nezināma šķīduma koncentrācijas noteikšanā pēc formulas:
testa jautājumi
1. Kāda ir gaismas absorbcijas parādība matērijā?
2. Kas ir gaismas intensitāte? Kādās vienībās to mēra?
3. Kāds likums apraksta gaismas absorbcijas fenomenu vielai? Formulējiet to un pierakstiet matemātiski.
4. Kāda ir absorbcijas koeficienta fiziskā nozīme? Kādās vienībās to mēra un kā to apzīmē?
5. Kāda ir caurlaidība? Kādās vienībās to mēra un kā to apzīmē?
6. Kas ir optiskais blīvums? Kādās vienībās to mēra un kā to norāda?
7. Formulējiet un pierakstiet Bēra likumu.
8. Formulējiet un pierakstiet likumu Būgers-Lamberts.
9. Uzzīmējiet fotoelektriskā kolorimetra optisko shēmu un izskaidrojiet tā galveno daļu mērķi.
10. Kāda ir metode vielas koncentrācijas noteikšanai šķīdumā ar fotoelektrokolorimetru.
Lab Nr.5
CUKURA KONCENTRĀCIJAS NOTEIKŠANA ŠĶĪDUMĀ AR CUKURA METRU
Darba mērķis: izpētīt vispārīgos gaismas polarizācijas modeļus; iepazīties ar ierīci un saharimetra darbības principu; nosaka cukura koncentrāciju šķīdumā un cukura īpatnējo rotācijas konstanti.
Aprīkojums: saharimetrs, kivetes ar cukura šķīdumiem.
Teorētiskā pamatinformācija
Gaismas starojums ir daļa no plaša elektromagnētisko viļņu spektra. elektromagnētiskais vilnis sauc par mainīgiem magnētiskajiem un elektriskajiem laukiem, kas savstarpēji ģenerē viens otru un izplatās telpā. No elektromagnētiskā teorija no gaismas izriet, ka gaismas viļņi ir šķērsvirzienā. Katrā šāda viļņa izplatīšanās līnijas punktā, perpendikulāri tā virzienam
izplatīties (pāri) |
oscilēt divi vektori ha- |
|||||
īpašības: spriedze |
indukcija |
|||||
E un |
||||||
magnētiskais lauks B. E vektori |
un B ir savstarpēji perpendikulāri |
|||||
pati (1. att.). |
||||||
Elektriskā lauka intensitātes vektoru sauc par gaismu |
||||||
vektors , jo fi- |
||||||
sioloģisks, |
||||||
atdarināt, |
fotoelektrisks |
|||||
fiziskās un citas aktivitātes |
||||||
izraisa |
||||||
cilvēks |
||||||
Rīsi. 1. Shēma elektromagnētiskais vilnis |
uztver |
|||||
elektriskās |
||||||
izstaro elektromagnētisko gaismas viļņu.
Gaisma ir kopums elektromagnētiskā radiācija daudzi gaismas avota atomi. Atomi izstaro gaismas viļņus neatkarīgi viens no otra, tāpēc ķermeņa izstarotajam gaismas vilnim kopumā ir raksturīgi visa veida līdzvērtīgi līdzvērtīgi
Rīsi. 2. Gaismas vektora svārstības dabiskajā (a) un polarizētajā (b) gaismā
gaismas vektora svārstības. Gaismu ar visiem iespējamiem gaismas vektora svārstību virzieniem sauc par dabisku (2. att. a).
Saule, kvēlspuldzes, dzīvsudraba spuldzes, dienasgaismas spuldzes ir dabiskās gaismas avoti. Gaismu, kurā gaismas vektora svārstību virzieni ir kaut kādā veidā sakārtoti, sauc
polarizēts (2. b attēls). Ja līdz-
gaismas vektora svārstības notiek tikai vienā plaknē,
gaismu sauc par plakni polarizētu
vannas istaba. Plakni, kurā notiek gaismas vektora svārstības, sauc par plakni
polarizācija (3. att.).
Gaismas polarizācija notiek, gaismai atstarojot no dielektriķu virsmas, laužoties tajos, kā arī gaismai izejot cauri dažiem kristāliem (kvarcs, turmalīns, Islandes špats). Šīs vielas, ko sauc par polarizatoriem (polaroīdiem), pārraida vibrācijas paralēli tikai vienai plaknei (polarizācijas plaknei) un pilnībā bloķē vibrācijas, kas ir perpendikulāras šai plaknei.
Dabiskajai gaismai sasniedzot dielektriķu robežu (4. att.), lauztie un atstarotie gaismas viļņi izrādās daļēji polarizēti.
Atstarotā staru kūļa polarizācijas pakāpe mainās, mainoties krišanas leņķim.
Denija. Ir stūrītis
Rīsi. 3. Polarizētais vilnis un polarizācijas plakne
Rīsi. 4. Gaismas polarizācija atstarošanas un laušanas laikā
biežums, pie kura atstarotais stars ir pilnībā polarizēts, un lauztais stars ir pēc iespējas lielāks. Šo krišanas leņķi sauc pilns polarizācijas leņķis vai Brewster leņķis α Br.
Brewster leņķi var noteikt pēc Tāda paša nosaukuma Brūstera likums: ja krišanas leņķis ir vienāds ar Brūstera leņķi, tad
atstarotie un lauztie stari ir savstarpēji perpendikulāri, savukārt pilnas polarizācijas leņķa tangenss ir vienāds ar otrās vides absolūtā laušanas koeficienta attiecību pret pirmās absolūtās laušanas koeficientu:
Br n 1
kur n 2 un n 1 - absolūtie rādītāji attiecīgi otrās un pirmās vides refrakcija.
Acs neatšķir dabisko gaismu no polarizētās gaismas, tāpēc polarizēto gaismu uztver tikai tai raksturīgas parādības. Polarizēto gaismu var noteikt, izmantojot parasto polarizatoru. Polarizatorus, kas paredzēti polarizētās gaismas pētīšanai, sauc par analizatoriem, t.i. vienu un to pašu polaroīdu var izmantot gan kā polarizatoru, gan kā analizatoru.
Gaismas polarizācija polaroīdos pakļaujas Malus likumam: ja dabiskā gaisma iziet cauri divām polarizējošām ierīcēm, kuru polarizācijas plaknes atrodas viena pret otru leņķī, tad šādas sistēmas raidītās gaismas intensitāte (5. att.) būs proporcionāls cos2, savukārt pirmajā polarizatorā gaisma zaudē pusi no savas intensitātes
Es ēdu cos 2 |
I 0 cos2, |
||||
kur I ir polarizētās gaismas intensitāte, kas izgājusi cauri polarizatoram un analizatoram;
Es ēdu - dabiskās gaismas intensitāte;
I 0 ir polarizētās gaismas intensitāte, kas izgājusi cauri polarizatoram; α ir leņķis starp analizatora un polarizatora polarizācijas plaknēm.
5. attēls. Gaismas pāreja caur polarizatora-analizatora sistēmu
Ja analizatora un polarizatora polarizācijas plaknes ir paralēlas (=0, 2), tad no Malus likuma izriet, ka caur analizatoru iet maksimālās iespējamās intensitātes gaisma. Ja analizatora un polarizatora polarizācijas plaknes ir perpendikulāras (= /2, 3 /2), tad gaisma caur analizatoru neizies vispār.
Gaismas intensitātei nav precīzas definīcijas. Šis termins tiek lietots terminu gaismas plūsma, spilgtums, apgaismojums u.c. vietā gadījumos, kad to konkrētajam saturam nav nozīmes, un nepieciešams tikai uzsvērt to lielāku vai mazāku absolūto vērtību. Visbiežāk optikā gaismas intensitāte sauc par starojuma jaudu caur laukuma vienības virsmu, t.i., starojuma enerģiju, kas laika vienībā iet caur laukuma vienības virsmu. Šajā gadījumā SI intensitātes mērvienība ir: =1 W/m2 ( vats uz kvadrātmetru).
Kad polarizētā gaisma iziet cauri dažiem kristāliem (kvarca, cinobra un citiem), kā arī cukura, urīnvielas, olbaltumvielu šķīdumiem, svārstību plakne griežas noteiktā leņķī. Šo fenomenu sauc lauka svārstību plaknes rotācija -
paaugstināta gaisma. Vielas, kas rotē polarizācijas plakni
sauc par optiski aktīvo.
Lielākajai daļai optiski aktīvo kristālu tika konstatētas divas modifikācijas, kas pagriež polarizācijas plakni pulksteņrādītāja virzienā (labā roka) un pretēji pulksteņrādītāja virzienam (kreisais) novērotājam, kurš skatās uz staru.
Šķīdumos polarizācijas plaknes griešanās leņķis ir proporcionāls šķīduma biezumam un optiski aktīvās vielas koncentrācijai:
0 l C, |
kur o ir īpatnējā rotācijas konstante; l ir šķīduma biezums;
C ir optiski aktīvās vielas koncentrācija.
fiziskā nozīmeĪpatnējā rotācijas konstante slēpjas apstāklī, ka tā parāda, kādā leņķī optiski aktīvā viela ar vienības koncentrāciju pagriež polarizācijas plakni vienības garuma gaismas pārejas laikā. Vispārīgā gadījumā tas ir atkarīgs no šķīduma temperatūras un no gaismas viļņa garuma, kas iet caur šķīdumu.
Īpatnējās rotācijas konstantes mērvienība SI: [φ 0 ]=1
rad/m∙% (radiāni uz metru procentiem).
Ražošanā plaši tiek izmantota starptautiskā cukura skala, kurā 100 S = 34,62 º leņķis. Paturot to prātā, īpatnējās rotācijas konstantes mērvienību var attēlot šādi: [φ 0 ]=1 S /m∙% ( grādu cukura skala metra procenti).
Metodes pamatojums
Polarizētās gaismas svārstību plaknes rotācijas fenomenu izmanto, lai noteiktu optiski aktīvās vielas koncentrāciju šķīdumos, izmantojot ierīces, ko sauc par polarimetriem. Polarimetri, kuru skala ir graduēta Starptautiskās cukura skalas vienībās, tiek saukti par saharimetriem.
Pētījumos tiek izmantota cukura šķīdumu koncentrācijas noteikšana, izmantojot polarimetrus un saharimetrus lauksaimniecība, ķīmijas, pārtikas, naftas rūpniecības laboratorijās.
Vienkāršākais polarimetrs (6. att.) sastāv no diviem polarizatoriem, gaismas avota un ierīces leņķisko vērtību mērīšanai.
Rīsi. 6. Vienkāršākā polarimetra shēma
Pirms mērījumu sākšanas polarizatori tiek uzstādīti tā, lai to polarizācijas plaknes būtu savstarpēji perpendikulāras. Šajā gadījumā gaisma neiziet cauri polarizatora-analizatora sistēmai, un novērotājs redz tumsu. Ja starp diviem polarizatoriem ievieto optiski aktīvu vielu, redzamības lauks kļūst skaidrs. Tas ir tāpēc, ka aktīvā viela pagriež no pirmā polarizatora izplūstošās gaismas polarizācijas plakni par leņķi φ. Rezultātā daļa gaismas iziet cauri analizatoram, un novērotājs to var pamanīt. Lai atkal kļūtu tumsa, analizators jāpagriež pret polarizācijas plaknes rotācijas virzienu par leņķi vienāds ar leņķi rotācija φ. Analizatora griešanās leņķis ir viegli izmērāms. Zinot vielas īpatnējo rotācijas konstanti un optiski aktīvās vielas šķīduma biezumu, ir iespējams noteikt šķīduma koncentrāciju, izmantojot formulu 3.
Bieži vien, mērot optiski aktīvo vielu koncentrāciju šķīdumos, īpatnējā rotācijas konstante nav zināma. Šajā gadījumā, ņemot no tās pašas vielas zināmas koncentrācijas C šķīdumu, no polarimetra nosaka polarizācijas plaknes griešanās leņķi ar šo šķīdumu, un īpatnējo rotācijas konstanti o aprēķina pēc formulas (3):
No izv |
||||
Lai atrastu nezināma šķīduma C x koncentrāciju, izmantojot polarimetru, nosaka gaismas polarizācijas plaknes griešanās leņķi ar šo risinājumu x. Izmantojot formulas (3) un (4), ar nosacījumu, ka risinājumu biezums l ir vienāds, C x nosaka pēc formulas:
C x C |
|||
Izmantojot šo nezināmā šķīduma koncentrācijas definīciju, kā redzams no formulas (5), zināšanas par īpatnējās rotācijas konstantes skaitlisko vērtību un slāņa biezumu, kas rotē vielas polarizācijas plakni, nav nepieciešamas. .
Uzstādīšanas apraksts
Šajā darbā, lai noteiktu cukura īpatnējo rotācijas konstanti un tā koncentrāciju šķīdumā, tiek izmantots universāls saharimetrs SU-4. Saharimetra shematiskā diagramma ir parādīta 7. attēlā.
Rīsi. 7. Penumbrālā saharimetra shematiskā diagramma
Testējamo vielu 5 novieto starp pusumbālo polarizatoru, kas sastāv no divām pusēm 3 un 4, un analizatoru 6. Analizatora pārraide mainās saskaņā ar Malus likumu, mainoties leņķim starp analizatora 6 polarizācijas plakni un analizatora 6. uz to krītošās gaismas polarizācijas plakne.
Penumbrālā polarizatora 3 un 4 izmantošana ir saistīta ar to, ka parastā polarizatora iestatīšanu uz tumsu nevar veikt pietiekami precīzi. Penumbral polarizatoros
Rīsi. 8. Skats uz redzes lauku Sahā- ir instalācija nevis tumsai, bet gan rimimetrs ar pusumbrāļa lauku - par redzes lauka I un II divu pušu apgaismojuma vienādību ar rizatoru (8.a att.). Cilvēka acs ir ļoti jutīga pret vienlīdzības pārkāpumiem
divu blakus lauku apgaismojums (8.b, c att.), tāpēc, izmantojot pusumbra ierīci, polarizācijas plaknes pozīciju var noteikt ar daudz lielāku precizitāti nekā iestatot
tumšs polarizators.
optiskā rotācija
Optiskā rotācija ir vielas spēja pagriezt (pagriezt) polarizācijas plakni, kad caur to iet polarizēta gaisma. Šī īpašība piemīt dažām vielām, kuras sauc par optiski aktīvām. Šobrīd ir zināmas daudzas šādas vielas: kristāliskas vielas (kvarcs), tīri šķidrumi (terpentīns), dažu optiski aktīvo vielu (savienojumu) šķīdumi neaktīvos šķīdinātājos ( ūdens šķīdumi glikoze, cukurs, pienskābe utt.). Visi no tiem ir sadalīti 2 veidos:
- pirmais veids: vielas, kas jebkurā agregācijas stāvoklis optiski aktīvs (kampars, cukurs, vīnskābe);
- otrais veids: vielas, kas ir aktīvas kristāliskajā fāzē (kvarcs).
Šīs vielas pastāv labajā un kreisajā formā. Otrajam tipam piederošo dažādu vielu formu optiskajai aktivitātei ir vienādas absolūtās vērtības un dažādas zīmes(optiskie antipodi); tie ir identiski un neatšķirami. Pirmā tipa vielu kreisās un labās formas molekulas pēc savas struktūras ir spoguļattēli, tās atšķiras viena no otras (optiskie izomēri). Tajā pašā laikā tīri optiskie izomēri neatšķiras viens no otra savā ķīmiskajā un fizikālās īpašības, bet atšķiras no racemāta - optisko izomēru maisījuma vienādos daudzumos - īpašībām. Tātad, piemēram, racemātam kušanas temperatūra ir zemāka nekā tīram izomēram.
Attiecībā uz pirmā tipa vielām dalījums “pa labi” (d) un “kreisais” (l) ir nosacīts, un tas nenorāda polarizācijas plaknes griešanās virzienu, bet otrā tipa vielām to tieši. apzīmē griešanās virzienu: "labais" (griežas pulksteņrādītāja virzienā un leņķa vērtības α ar "+" zīmi) un "kreisais" (griežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam un leņķa vērtības α ar "-" zīmi ). Racemāts, kas satur kreisās un labās puses optiskos izomērus, ir optiski neaktīvs un apzīmēts ar zīmi "±".
Polarimetrija
Polarimetrija- optiskā izpētes metode, kuras pamatā ir vielu (savienojumu) īpašība pagriezt polarizācijas plakni pēc plaknes polarizētās gaismas caurlaides, tas ir, gaismas viļņi, kuros elektromagnētiskās svārstības izplatās tikai vienā virzienā. viena lidmašīna. Šajā gadījumā polarizācijas plakne ir plakne, kas iet cauri polarizētajam staram perpendikulāri tā svārstību virzienam. Pats termins "polarizācija" (grieķu polos, ass) nozīmē gaismas vibrāciju virziena rašanos.
Kad polarizēts gaismas stars tiek izlaists caur optiski aktīvu vielu, tad polarizācijas plakne mainās un griežas pa noteiktu leņķi α - polarizācijas plaknes griešanās leņķi. Šī leņķa vērtību, kas izteikta leņķa grādos, nosaka, izmantojot īpašus optiskos instrumentus - polarimetrus. Mērījumiem tiek izmantoti dažādu sistēmu polarimetri, taču tie visi ir balstīti uz vienu un to pašu darbības principu.
Polarimetra galvenās daļas ir: polarizators ir polarizēto staru avots, un analizators ir ierīce to pētīšanai. Šīs daļas ir īpašas prizmas vai plāksnes, kas izgatavotas no dažādiem minerāliem. Lai izmērītu optisko rotāciju, gaismas stars no lampas polarimetra iekšpusē vispirms iziet cauri polarizatoram, lai iegūtu noteiktu polarizācijas plaknes orientāciju, un pēc tam jau polarizētais gaismas stars iziet cauri testa paraugam, kas tiek novietots starp polarizatoru un analizators. Ja paraugs ir optiski aktīvs, tad tā polarizācijas plakne tiek pagriezta. Turklāt polarizēts gaismas stars ar mainītu polarizācijas plakni nonāk analizatorā un nevar pilnībā iziet cauri tam, notiek tumšums. Un, lai gaismas stars pilnībā izietu caur analizatoru, tas ir jāpagriež ar tādu leņķi, kas būs vienāds ar pētāmā parauga polarizācijas plaknes griešanās leņķi.
Konkrētas optiski aktīvās vielas griešanās leņķa vērtība ir atkarīga no tās rakstura, no slāņa biezuma, no gaismas viļņa garuma. Leņķa α vērtība šķīdumiem ir atkarīga arī no tajā esošās vielas koncentrācijas (optiski aktīva) un no šķīdinātāja rakstura. Ja tiek mainīts šķīdinātājs, tad griešanās leņķis var mainīties gan pēc lieluma, gan pēc zīmes. Rotācijas leņķis ir atkarīgs arī no testa parauga temperatūras, tāpēc precīziem mērījumiem, ja nepieciešams, paraugi tiek termostatēti. Temperatūrai paaugstinoties no 20°C līdz 40°C, palielinās optiskā aktivitāte. Tomēr vairumā gadījumu temperatūras, kurā tiek veikts mērījums, ietekme ir niecīga. Apstākļi, kādos veic noteikšanu (ja nav norādīts citādi): 20°C, gaismas viļņa garums 589,3 nm (D līnijas viļņa garums nātrija spektrā).
Izmantojot polarimetrisko metodi, tiek veikti testi, lai novērtētu optiski aktīvo vielu tīrību un noteiktu to koncentrāciju šķīdumā. Vielas tīrību novērtē pēc īpatnējās rotācijas vērtības [α], kas ir konstante. Vērtība [α] ir polarizācijas plaknes griešanās leņķis konkrētā optiski aktīvā vidē ar slāņa biezumu 1 dm šīs vielas koncentrācijā 1 g/ml, 20°C temperatūrā un viļņa garumā 589,3 nm.
Aprēķins [a] vielām, kas atrodas šķīdumā:
Šķidrām vielām (piemēram, dažām eļļām):
Tagad, izmērot griešanās leņķi, zinot konkrētas vielas vērtību [α] un garumu ℓ, varam aprēķināt vielas (optiski aktīvās) koncentrāciju pētāmajā šķīdumā:
Jāņem vērā, ka [α] vērtība ir nemainīga, bet tikai noteiktā koncentrācijas diapazonā, kas ierobežo šīs formulas izmantošanas iespēju.
Pieteikumspolarimetrijaiekšākvalitātes kontrole
Vielu identificēšanai, to tīrības pārbaudei un kvantitatīvai analīzei tiek izmantota polarimetriskā pētījuma metode.
Farmakopejas vajadzībām metodi izmanto, lai noteiktu zāļu kvantitatīvo saturu un identitāti, kā arī tiek izmantota kā tīrības pārbaude, optiski neaktīvu svešķermeņu neesamības apstiprinājums. Metode polarimetrija regulē OFS 42-0041-07 "Polarimetrija" (Krievijas Federācijas Valsts farmakopejas XII izdevums, 1. daļa).
Zāļu optiskās aktivitātes noteikšanas nozīme ir saistīta ar optisko izomēru īpatnību, ka tiem ir atšķirīga fizioloģiska ietekme uz cilvēka organismu: kreiso izomēru bioloģiskā aktivitāte bieži ir spēcīgāka nekā labās puses izomēriem. Piemēram, dažas sintētiski ražotas zāles pastāv kā optiskie izomēri, bet ir bioloģiski aktīvas tikai kā pa kreisi rotējošais izomērs. Piemēram, medicīna Levometicīns ir bioloģiski aktīvs tikai pa kreisi rotējošā formā.
Kosmētikas produktu ražošanā polarimetrija pieteicās kvalitātes kontrole izejvielās un produktos optiski aktīvo vielu koncentrācijas analīzei un noteikšanai, kā arī to identificēšanai un tīrības noteikšanai. Šī metode ir svarīga, piemēram, ēterisko eļļu analīzē, jo to optisko izomēru bioķīmiskā un fizioloģiskā darbība ir atšķirīga, atšķiras smarža, garša un farmakoloģiskās īpašības. Tātad kumelīšu sastāvā esošajam (-)-α-bisabololam ir laba pretiekaisuma iedarbība. Bet (+)-α-bisabololam, kas izolēts no balzāma papeles un sintētiski iegūts (±)-bisabolols (racemāts), ir līdzīga iedarbība, taču daudz mazākā mērā.
Kas attiecas uz smaržu, tad vienas vielas optiskie izomēri atšķiras gan pēc kvalitātes, gan pēc smaržas stipruma: pa kreisi rotējošiem izomēriem bieži ir spēcīgāks aromāts un smaržas kvalitāte tiek uztverta kā pieņemamāka, savukārt pa labi rotējošiem izomēriem dažreiz nav aromāta. Tā ir nozīmi parfimērijas un kosmētikas produktu ražošanā. Tātad (+)-karvonam ķimeņu ēteriskajā eļļā un (-)-karvonam piparmētru ēteriskajā eļļā ir pavisam cita smarža.
Ēterisko eļļu sastāvā ir daudz komponentu, kam piemīt optiskās aktivitātes īpašība ar dažādiem griešanās leņķiem, kas sajaukšanas rezultātā viens otru kompensē, un tad ēteriskajai eļļai rodas optiskā rotācija (konkrētas ēteriskās eļļas optiskā rotācija). ēteriskā eļļa). Piemēram, griešanās leņķis (saskaņā ar atsauces datiem) eikalipta ēteriskajai eļļai ir robežās no 0° līdz +10°, lavandas ēteriskajai eļļai - robežās no -3° līdz -12°, egles ēteriskajai eļļai. - diapazonā no -24° līdz -46°, diļļu ēteriskajai eļļai - robežās no +60° līdz +90°, greipfrūtu ēteriskajai eļļai - robežās no +91° līdz +92°. Identificējot ir svarīgi zināt, ka sintētiskajām ēteriskajām eļļām nepiemīt optiskās aktivitātes īpašība, kas tās atšķirtu no dabīgajām.
Mērījumus veic saskaņā ar GOST 14618.9-78 “Ēteriskās eļļas, smaržvielas un to sintēzes starpprodukti. Polarizācijas plaknes griešanās leņķa un īpatnējās rotācijas lieluma noteikšanas metode.
Kā pielietojuma piemērs polarimetrija iekšā Pārtikas rūpniecība var citēt kvalitātes kontrole medus. Kā zināms, šis produkts satur monosaharīdus, reducējošos oligosaharīdus, dažas hidroksi skābes un citas ar atšķirīgu molekulāro struktūru un atomu grupu telpisko izvietojumu tajās. Šīs sastāvdaļas ir optiski aktīvas, un to klātbūtne tikai nosaka spēju mainīt polarizācijas plakni. Dažādi medū esošie ogļhidrāti (fruktoze, glikoze, saharoze un citi) dažādos veidos rotē polarizācijas plakni, un to atšķirīgā optiskā aktivitāte sniedz priekšstatu par medus kvalitāti. Tas atklāj viltotu medu, piemēram, cukura medu, kura īpatnējā rotācija ir diapazonā no +0,00 ° līdz -1,49 °, atšķirībā no ziedu medus, kura vidējā īpatnējā rotācija ir -8,4 °. Varat arī iestatīt medus gatavību: medū laba kvalitāte augsts fruktozes vai glikozes līmenis un zems saharozes līmenis. Mērījumi tiek veikti saskaņā ar GOST 31773-2012 “Med. Optiskās aktivitātes noteikšanas metode”.
Polarimetriskā testa metode ir vērtīga tās augstās precizitātes dēļ, tā ir vienkārša un aizņem maz laika.
Uz līgumražošana SIA "KorolevPharm" procesā kvalitātes kontrole kosmētikas, pārtikas produktu un uztura bagātinātāju izejvielas un gatavie izstrādājumi pārtikas testiem, lai noteiktu noteiktu vielu koncentrāciju un tīrību ar optiskās aktivitātes īpašību, tiek veiktas uz apļveida polarimetra SM-3. Šī ierīce ļauj izmērīt caurspīdīgu un viendabīgu šķīdumu un šķidrumu polarizācijas plaknes griešanās leņķi. Piemēram, cukura koncentrācijas noteikšana sīrupu ražošanā. Arī ierīce tiek izmantota procesā pētnieciskais darbs izstrādājot jaunus produktu veidus. Šis polarimetrs ļauj izmērīt griešanās leņķi 0°-360° robežās ar kļūdu ne vairāk kā 0,04°. Ierīces verifikācija valsts metroloģiskā dienesta struktūrās regulāri nodrošina mērījumu precizitāti, kam ir būtiska nozīme kvalitātes kontroles procesā kvalitatīvu un drošu produktu ražošanā un izlaišanā.