Erityinen kierto. Ominaiskiertovakion ja sokeriliuoksen pitoisuuden määritys Ominaiskiertokaava
Polarimetria on optinen tutkimusmenetelmä, joka perustuu optisesti aktiivisten yhdisteiden kykyyn kiertää lineaarisesti polarisoidun valon värähtelytasoa (katso Isomerismi).
Valoisten kappaleiden atomit ja molekyylit lähettävät sähkömagneettisia aaltoja. Kun näiden hiukkasten järjestelyssä on täydellinen epäjärjestys, kappaleet säteilevät ns. luonnonvaloa, jossa sähköisten (tai magneettisten) kentänvoimakkuusvektorien värähtely tapahtuu kaikilla tasoilla, jotka kulkevat valoaallon etenemissuunnan kautta. Kentän värähtelyjen suuntaista järjestystä kutsutaan valon polarisaatioksi. Sellaista valoa, jossa sähköisten (magneettisten) kenttien voimakkuuden vaihtelu tapahtuu yhdessä tasossa, kutsutaan tasopolarisoiduksi valoksi ja tasoa, jossa valonsäteiden magneettikentän voimakkuus vaihtelee, kutsutaan polarisaatiotasoksi. Polarisoitua valoa voidaan tuottaa johtamalla luonnonvaloa erikoiskiteistä valmistettujen polarisoivien prismien läpi. Tällaisia kiteitä ovat muun muassa Islannin spar-kiteet, joista yleensä valmistetaan polarisoivia prismoja (Nicol-prismoja). Kun polarisoitunut valo kulkee optisesti aktiivisen aineen liuoksen läpi, polarisaatiotaso pyörii, mutta se voidaan havaita vain käyttämällä toista samanlaista polarisoivaa prismaa (analysaattoria). Polarisaatiotason rotaatiotutkimusta käytetään optisesti aktiivisten yhdisteiden rakenteen tutkimiseen sekä niiden kvantitatiiviseen määritykseen. Optiselle aktiivisuudelle on tunnusomaista ominaiskiertoarvo [a], eli liuoksen polarisaatiotason kiertokulma, joka sisältää 1 g optisesti aktiivista yhdistettä 1 ml:ssa nestekerroksen paksuuden ollessa 1 dm.
Ominaiskierto lasketaan tietyn yhdisteen liuoksen pyörimismäärästä, jonka pitoisuus tunnetaan:
[a] = a100/l°C
missä α on kiertokulma asteina, C on pitoisuus %, l on liuoskerroksen paksuus dm. Ominaiskierto muuttuu lämpötilan ja valon aallonpituuden mukaan. Siksi määritys suoritetaan monokromaattisessa valossa tietyssä lämpötilassa. Aallonpituus ja lämpötila on merkitty [a]. Kun tiedetään tietyn yhdisteen ominaiskierto vertailutaulukoista ja määritetään tämän yhdisteen liuoksen kiertokulma, on helppo laskea pitoisuus:
C = a100/[a]l
Liuos ei saa sisältää muita optisesti aktiivisia yhdisteitä.
Polarisaatiotason kiertymisen määrittämiseksi käytetään optisia instrumentteja-polarimetrejä. Polarimetri (kuva 1) koostuu kahdesta polarisoivasta prismasta: kiinteästä - polarisaattorista ja pyörivästä - analysaattorista ja putkesta, jossa on testiliuosta. Pyörimiskulma voidaan määrittää asettamalla analysaattori valaisemaan tasaisesti koko näkökenttä ensin ilman liuosta ja sitten optisesti aktiivisen yhdisteen liuoksella. Tässä tapauksessa analysaattoria on käännettävä kulmassa, joka on yhtä suuri kuin tutkittavan liuoksen polarisaatiotason kiertokulma. Pyörimiskulma mitataan ympyrässä jaoilla (limbo). Jos analysaattoria kierretään myötäpäivään putken asennuksen jälkeen liuoksella, puhutaan oikealle (+), jos vastapäivään, vasemmalle (-). Tarkkuuden parantamiseksi polarimetrit on varustettu lisäkvartsiosilla. Joissakin polarimetreissä valaistuksen tasoitus liuoksen asennuksen ja optisesti aktiivisen aineen pitoisuuden mittaamisen jälkeen suoritetaan kvartsikiilan lineaarisella liikkeellä. Perinteisten polarimetrien tarkkuus on 0,05°. Yksivärisen valon saamiseksi käytetään yleensä suodattimia. Polarimetriamenetelmää käytetään laajasti laboratorioissa; Kliinisissä laboratorioissa ja elintarviketeollisuuden laboratorioissa sokeripitoisuuden määrittämiseen käytetään polarimetriaa. Ruokosokeripitoisuuden määrittämiseen käytettäviä polarimetrejä kutsutaan sakkarimetreiksi (kuva 2).
Riisi. 1. Erityyppisten polarimetrien kaaviot: a - järjestelmä kahdella bikvartsilevyllä; b - penumbral nikolilla; c - penumbra kahdella nikolilla. 1 - polarisaattori; 1" ja 1" - nicoli; 2 - bikvartsilevy; 3 - putki liuoksella; 4 - analysaattori (oikealla - kaaviot polarimetrikenttien valaistuksesta).
Riisi. 2. Kiilapolarimetri-sakkarimetri SOK (kaavio): 1 - valaisin; 2 - valonsuodatin; 3 - kalvo; 4 - linssi; 5 - nikoli; 6-putki testiliuokselle; 7 - kiinteä kvartsikiila; 8 - liikkuva kvartsikiila; 9 - analysaattori; 10-okulaari; 11 - kansi; 12 - ruuvi; 13 - suurennuslasi.
2. Ennen kuin liität laitteen verkkoon, aseta laitteen vähimmäisherkkyys kiertämällä ”Setup 100” -nuppia vastapäivään, kunnes se pysähtyy.
3. Tarkista mikroampeerimittarin neulan nolla-asennon vastaavuus, säädä sitä tarvittaessa korjaimen ruuvilla 7 (kuva 3).
4. Aseta vihreä vaimennuslevy "3" "Absorbers"-kahvalla.
5. Liitä laite verkkoon.
6. Avaa valoelektrokolorimetrin kansi 1 ja irrota kennopidike.
7. Poista "Solvent"-kyvetti, täytä se 2/3 tilavuudesta vedellä ja aseta se paikalleen. Asenna kyvetin pidike fotokolorimetriin. Älä sulje kyvettikammion kantta.
8. Käytä kahvaa 3 ”kyvettiä” asettaaksesi kyvetin liuottimen kanssa valovirran reitille.
9. Aseta nolla mikroampeerimittarin asteikolla kahvalla 5 “Asetus 0”.
10. Sulje kyvettilokeron kansi 1 ja käytä kahvaa 4 "Asetus 100" asettaaksesi mikroampeerimittarin neulan sadasosaan.
11. Avaa kyvettikammion kansi 1 ja irrota kyvetin pidike. Poista tyhjä kyvetti, täytä se 2/3 tilavuudesta pienimmän pitoisuuden omaavalla testiliuoksella ja vaihda se.
N taulukkoon 1.
14. Avaa kyvettikammion kansi 1 ja irrota kyvetin pidike. Poista kyvetti testiliuoksen kanssa ja kaada se purkkiin, jossa on samanpitoinen liuos. Pyyhi kyvetti, täytä se 2/3 seuraavalla liuoksella ja vaihda se.
15. Aseta kyvetin pidike fotokolorimetriin. Käytä kahvaa 3 "Kyvettiä" ja aseta kyvetti testiliuoksen kanssa valovirran reitille. Sulje kyvettikammion kansi.
16. Ota lukema mikroampeerimittarin asteikolla 6 ja kirjoita muistiin N taulukkoon 1.
17. Toista vaiheet 14–16 muiden ratkaisujen kanssa.
18. Suorita vielä kaksi koesarjaa kohtien 14 – 16 mukaisesti kaikilla liuoksilla alkaen pienimmän pitoisuuden omaavasta liuoksesta. Älä unohda tyhjentää viimeistä liuosta.
19.Irrota laite verkosta.
Mittaustulosten käsittely
1. Arvojen mukaan |
Määritä N kaikille kokeille |
Käyttämällä |
|||||||||
kaava (9). Kirjaa tulokset taulukkoon 1. |
|||||||||||
2. Määritä taulukon 2 avulla D kaikille (katso huomautus) ja sen keskiarvo |
|||||||||||
sen arvo, syötä tulokset taulukkoon 1. |
|||||||||||
taulukko 2 |
|||||||||||
Huomautus. Taulukon ensimmäinen sarake antaa optisen arvot |
|||||||||||
skaya tiheys |
D - 0,1, ja sen sadasosat sijoitetaan ylimmälle riville |
||||||||||
osakkeita. Rivin ja sarakkeen leikkauskohdassa annetaan vastaavat läpäisyarvot. Kun etsit absorbanssiarvoja, jotka vastaavat alle 0,081:n läpäisyarvoja, lisää ensin annettua läpäisykykyä 10-kertaiseksi, etsi sitten saatua läpäisykykyä vastaava absorbanssiarvo ja lisää yksi tähän arvoon.
3. Laske sen absoluuttinen virhe kaikille D:n arvoille käyttämällä kaavaa D | D av D mitta | , etsi D:n keskiarvo,
kirjaa tulokset taulukkoon 1.
Huomautus. Jos optisen tiheyden absoluuttisen virheen laskennan tulos on nolla, hyväksy D 0,01.
4. Perustuu optisen tiheyden D avg keskiarvoihin kaikille
tunnetut pitoisuudet, ottaen huomioon sen absoluuttisen virheen, muodostavat kalibrointikäyrän D f (C).
5. Merkitse kuvaajaan piste, joka vastaa pitoisuudeltaan tuntemattoman liuoksen keskimääräistä optista tiheyttä.
6. Merkitse kuvaajaan tuntemattoman pitoisuuden liuoksen optisen tiheyden keskimääräisen absoluuttisen virheen väli.
7. Määritä liuoksen pitoisuus kaaviosta C x,
laskemalla kohtisuoraa vastaavaan koordinaattiakseliin.
8. Määritä liuospitoisuuden absoluuttinen virhe kaaviosta (katso esimerkki sivulla 15).
9. Määritä suhteellinen virhe määritettäessä tuntemattoman liuoksen pitoisuutta kaavalla:
Kontrollikysymykset
1. Mikä on valon absorptioilmiö aineen kautta?
2. Mikä on valon intensiteetti? Millä yksiköillä se mitataan?
3. Mikä laki kuvaa aineen valon absorption ilmiötä? Muotoile se ja kirjoita se ylös matemaattisesti.
4. Mikä on absorptiokertoimen fysikaalinen merkitys? Millä yksiköillä se mitataan ja miten se määritellään?
5. Mikä on läpäisykyky? Millä yksiköillä se mitataan ja miten se määritellään?
6. Mikä on optinen tiheys? Millä yksiköillä se mitataan ja miten se määritellään?
7. Muotoile ja kirjoita Beerin laki.
8. Muotoile ja kirjoita laki Bouguer-Lambert.
9. Piirrä valoelektrokolorimetrin optinen kaavio ja kuvaile sen pääosien tarkoitus.
10. Mikä on menetelmä aineen pitoisuuden määrittämiseksi liuoksessa käyttämällä fotoelektrokolorimetriä.
Laboratoriotyö nro 5
SOKERIPITOISUUKSEN MÄÄRITTÄMINEN liuoksessa SUKARIMETRILLA
Työn tarkoitus: tutkia valon polarisaation yleisiä kuvioita; perehtyä sakkarimetrin rakenteeseen ja toimintaperiaatteeseen; määrittää liuoksen sokeripitoisuus ja sokerin ominaiskiertovakio.
Varustus: sakkarimetri, kyvetit sokeriliuoksilla.
Teoreettista perustietoa
Valosäteily on osa laajaa sähkömagneettisten aaltojen kirjoa. Sähkömagneettinen aalto kutsutaan vuorotteleviksi magneetti- ja sähkökentiksi, jotka synnyttävät toisiaan ja leviävät avaruudessa. Valon sähkömagneettisesta teoriasta seuraa, että valoaallot ovat poikittaisia. Jokaisessa tällaisen aallon etenemislinjan pisteessä, kohtisuorassa sen suuntaa vastaan
levitä (poikki) |
värähtelee kaksivektoria cha- |
|||||
Ominaisuudet: jännitys |
sähkökenttä |
induktio |
||||
E ja |
||||||
magneettikenttä B. Vektorit E |
ja B ovat keskenään kohtisuorassa |
|||||
itse (kuva 1). |
||||||
Sähkökentän voimakkuusvektoria kutsutaan valoksi |
||||||
vektori, koska fi- |
||||||
fysiologinen, |
||||||
mystinen, |
aurinkosähkö |
|||||
loogisia ja muita toimia |
||||||
aiheuttavat kol- |
||||||
henkilö |
||||||
Riisi. 1. Sähkömagneettinen aaltokaavio |
havaitsee |
|||||
sähkö |
||||||
lähettää sähkömagneettista valoaaltoa.
Valo on valonlähteen monien atomien kokonaissähkömagneettinen säteily. Atomit lähettävät valoaaltoja toisistaan riippumatta, joten koko kehon lähettämälle valoaaltolle on tunnusomaista kaikki mahdolliset yhtä todennäköiset yhteiset
Riisi. 2. Valovektorin värähtelyt luonnollisessa (a) ja polarisoidussa (b) valossa
valovektorin vaihtelut. Valoa, jossa on kaikki mahdolliset valovektorin värähtelysuunnat, kutsutaan luonnolliseksi (kuva 2 a).
Aurinko, hehkulamput, elohopealamput ja loistelamput ovat luonnonvalon lähteitä. Valoa, jossa valovektorin värähtelysuunnat ovat jollain tavalla järjestetty, kutsutaan
polarisoitunut (kuva 2 b). Jos yhdessä
valovektorin vaihtelut tapahtuvat vain yhdessä tasossa,
valoa kutsutaan tasopolarisoiduksi
kylpyhuone Tasoa, jossa valovektori värähtelee, kutsutaan tasoksi
polarisaatio (kuva 3).
Valon polarisaatiota tapahtuu, kun valo heijastuu eristeiden pinnalta, niissä taittuessa, sekä kun valo kulkee joidenkin kiteiden läpi (kvartsi, turmaliini, Islannin sparra). Nämä aineet, joita kutsutaan polarisaattoreiksi (polaroideiksi), välittävät värähtelyjä vain yhden tason (polarisaatiotason) suuntaisesti ja estävät täysin tätä tasoa vastaan kohtisuorat värähtelyt.
Kun luonnonvalo osuu dielektrisen rajan kohdalle (kuva 4), taittuneet ja heijastuneet valoaallot osoittautuvat osittain polarisoituneiksi.
Heijastuneen säteen polarisaatioaste muuttuu kulman muuttuessa
Denia. On kulma
Riisi. 3. Polarisoitu aalto ja polarisaation taso
Riisi. 4. Valon polarisaatio heijastuksen ja taittumisen aikana
ilmaantuvuus, jossa heijastunut säde on täysin polarisoitunut ja taittunut säde on niin paljon kuin mahdollista. Tätä tulokulmaa kutsutaan täysi polarisaatiokulma tai Brewster-kulma α Br.
Brewsterin kulma voidaan määrittää Brewsterin samanniminen laki: jos tulokulma on yhtä suuri kuin Brewsterin kulma, niin
heijastuneet ja taittuneet säteet ovat keskenään kohtisuorassa, kun taas kokonaispolarisaation kulman tangentti on yhtä suuri kuin toisen väliaineen absoluuttisen taitekertoimen ja ensimmäisen absoluuttisen taitekertoimen suhde:
Br n 1
missä n2 ja n1 ovat toisen ja ensimmäisen väliaineen absoluuttiset taitekertoimet, vastaavasti.
Silmä ei erota luonnonvaloa polarisoidusta valosta, joten polarisoitunut valo havaitaan vain sille ominaisilla ilmiöillä. Polarisoitunut valo voidaan havaita käyttämällä tavanomaista polarisaattoria. Polarisoidun valon tutkimiseen tarkoitettuja polarisaattoreita kutsutaan analysaattoreiksi, ts. samaa Polaroidia voidaan käyttää sekä polarisaattorina että analysaattorina.
Valon polarisaatio polaroideissa noudattaa Maluksen lakia: jos luonnonvalo kulkee kahden polarisoivan laitteen läpi, joiden polarisaatiotasot sijaitsevat kulmassa toisiinsa nähden, niin tällaisen järjestelmän lähettämän valon intensiteetti (kuva 5) olla verrannollinen cos2:een, kun taas ensimmäisessä polarisaattorissa valo menettää puolet voimakkuudestaan:
Syön cos 2 |
I 0 cos2, |
||||
missä I on polarisaattorin ja analysaattorin läpi kulkevan polarisoidun valon intensiteetti;
Syön – luonnonvalon voimakkuus;
I 0 – polarisaattorin läpi kulkevan polarisoidun valon intensiteetti; α on analysaattorin ja polarisaattorin polarisaatiotasojen välinen kulma.
Kuva 5. Valon kulku polarisaattori-analysaattorijärjestelmän läpi
Jos analysaattorin ja polarisaattorin polarisaatiotasot ovat yhdensuuntaiset (=0, 2), niin Maluksen laista seuraa, että analysaattorin läpi kulkee suurimman mahdollisen intensiteetin valo. Jos analysaattorin ja polarisaattorin polarisaatiotasot ovat kohtisuorassa (= /2, 3 /2), valoa ei kulje ollenkaan analysaattorin läpi.
Valon intensiteetillä ei ole tarkkaa määritelmää. Tätä termiä käytetään termien valovirta, kirkkaus, valaistus jne. sijasta tapauksissa, joissa niiden erityinen sisältö on merkityksetön, ja on vain tarpeen korostaa niiden suurempaa tai pienempää absoluuttista arvoa. Useimmiten optiikassa valon intensiteetti kutsutaan säteilytehoksi pinta-alayksikköpinnan läpi, eli säteilyenergiaksi, joka kulkee aikayksikköä kohti pinta-alayksikköpinnan läpi. Tässä tapauksessa intensiteetin yksikkö SI:nä: =1 W/m2 ( wattia neliömetriä kohti).
Kun polarisoitu valo kulkee joidenkin kiteiden (kvartsi, sinoperi ja muut) sekä sokeri-, urea- ja proteiiniliuosten läpi, värähtelytaso pyörii tietyn kulman läpi. Tätä ilmiötä kutsutaan kentän värähtelytason kierto -
edusti valoa. Polarisaatiotasoa kiertävät aineet
kutsutaan optisesti aktiivisiksi.
Suurimmalle osalle optisesti aktiivisista kiteistä on havaittu kahden muunnelman olemassaolo, jotka pyörittävät polarisaatiotasoa myötäpäivään (oikeakätinen) ja vastapäivään (vasenkätinen) sädettä kohti katsovassa havaitsijassa.
Liuoksissa polarisaatiotason kiertokulma on verrannollinen liuoksen paksuuteen ja optisesti aktiivisen aineen pitoisuuteen:
0 l C, |
missä o on ominaiskiertovakio; l on liuoksen paksuus;
C on optisesti aktiivisen aineen pitoisuus.
Fyysinen merkitys Ominaiskiertovakio on se, että se osoittaa, millä kulmalla polarisaatiotaso kiertää yksikköpitoista optisesti aktiivista ainetta kulkiessaan yksikköpituisen valon ohi. Yleensä se riippuu liuoksen lämpötilasta ja liuoksen läpi kulkevan valon aallonpituudesta.
Ominaiskiertovakion mittayksikkö SI:nä: [φ 0 ]=1
rad/m∙% (radiaaneja metri-prosenttia kohti).
Tuotannossa käytetään laajasti kansainvälistä sokeriasteikkoa, jossa 100 S = 34,62 kulma-astetta. Kun tämä otetaan huomioon, ominaiskiertovakion mittayksikkö voidaan esittää seuraavasti: [φ 0 ]=1 S /m∙% ( sokeriasteikko päällä metri-prosentti).
Menetelmän perustelut
Polarisoidun valon värähtelytason pyörimisilmiötä käytetään optisesti aktiivisen aineen pitoisuuden määrittämiseen liuoksissa käyttämällä instrumentteja, joita kutsutaan polarimetreiksi. Polarimetrejä, joiden asteikko on jaoteltu kansainvälisen sokeriasteikon yksiköissä, kutsutaan sakkarimetreiksi.
Sokeriliuospitoisuuden määritys polarimetreillä ja sakkarimetreillä on käytössä maatalouden tutkimuksessa, kemian-, elintarvike- ja öljyteollisuuden laboratorioissa.
Yksinkertaisin polarimetri (kuva 6) koostuu kahdesta polarisaattorista, valonlähteestä ja kulma-arvojen mittauslaitteesta.
Riisi. 6. Yksinkertaisen polarimetrin kaavio
Ennen mittausten aloittamista polarisaattorit asennetaan siten, että niiden polarisaatiotasot ovat keskenään kohtisuorassa. Tässä tapauksessa valo ei kulje polarisaattori-analysaattorijärjestelmän läpi ja tarkkailija näkee pimeyden. Jos optisesti aktiivinen aine asetetaan kahden polarisaattorin väliin, näkökenttä kirkastuu. Tämä tapahtuu, koska vaikuttava aine kiertää ensimmäisestä polarisaattorista tulevan valon polarisaatiotasoa kulman φ verran. Tämän seurauksena osa valosta kulkee analysaattorin läpi ja havainnoija voi havaita sen. Pimeyden saamiseksi sinun on käännettävä analysaattoria polarisaatiotason pyörimissuuntaa vastaan kulmassa, joka on yhtä suuri kuin kiertokulma φ. Analysaattorin kiertokulma on helppo mitata. Kun tiedetään aineen ominaiskiertovakio ja optisesti aktiivisen aineen liuoksen paksuus, voidaan käyttää kaavaa 3 liuoksen pitoisuuden määrittämiseen.
Usein optisesti aktiivisten aineiden pitoisuutta liuoksissa mitattaessa ominaiskiertovakio on tuntematon. Tässä tapauksessa ottamalla samasta aineesta liuos, jonka konsentraatio on tunnettu C, määritetään polarisaatiotason kiertokulma tällä samasta aineesta peräisin olevan liuoksen kanssa polarimetrillä ja ominaiskiertovakio o lasketaan kaavasta (3). :
Tiedon kanssa |
||||
Tuntemattoman liuoksen Cx pitoisuuden selvittämiseksi määritä polarimetrillä valon polarisaatiotason kiertokulma tällä liuoksella x. Käyttämällä kaavoja (3) ja (4), edellyttäen, että liuosten l paksuus on yhtä suuri, C x määritetään kaavalla:
C x C inv. |
|||
Tällä tuntemattoman liuoksen pitoisuuden määrittämisellä, kuten kaavasta (5) voidaan nähdä, ominaiskiertovakion numeerisen arvon ja aineen polarisaatiotasoa kiertävän kerroksen paksuuden tunteminen ei ole välttämätöntä.
Asennuksen kuvaus
Tässä työssä yleiskäyttöisellä sakkarimetrillä SU-4 määritetään sokerin ominaiskiertovakio ja sen pitoisuus liuoksessa. Sakarimetrin kaaviokuva on esitetty kuvassa 7.
Riisi. 7. Penumbral-sakkarimetrin kaavio
Tutkittava aine 5 sijoitetaan kahdesta puolikkaasta 3 ja 4 koostuvan penumbraalisen polarisaattorin ja analysaattorin 6 väliin. Analysaattorin läpäisykyky muuttuu Malusin lain mukaisesti, kun analysaattorin 6 polarisaatiotason ja polarisaation välinen kulma siihen osuvan valon taso muuttuu.
Penumbraalisten polarisaattorien 3 ja 4 käyttö johtuu siitä, että tavanomaisen polarisaattorin asettamista pimeyteen ei voida suorittaa riittävän tarkasti. Penumbral-polarisaattoreissa tuotanto
Riisi. 8. Näkymä Sakhan näkökentästä asetus ei ole pimeyttä varten, mutta rimetri penumbral-kentällä - kahden linssin näkökenttien I ja II kahden puoliskon valaistuksen yhtäläisyydestä (kuva 8a). Ihmissilmä on erittäin herkkä tasa-arvon loukkauksille
kahden vierekkäisen kentän valaistus (kuvat 8 b, c), joten penumbral-laitteella polarisaatiotason sijainti voidaan määrittää paljon tarkemmin kuin asentamalla
polarisaattori pimeyttä varten.
VENÄJÄN FEDERAATIOIN TERVEYSMINISTERIÖ
YLEINEN FARMAKOPEAN ARTIKKELI
PolarimetriaOFS.1.2.1.0018.15
Vastineeksi Global FundilleXII, osa 1, OFS 42-0041-07
Optinen rotaatio on aineen ominaisuus kiertää polarisaatiotasoa, kun polarisoitunut valo kulkee sen läpi.
Optisesti aktiivisen aineen luonteesta riippuen polarisaatiotason pyörimisellä voi olla eri suunta ja suuruus. Jos havaitsijasta, johon optisesti aktiivisen aineen läpi kulkeva valo on suunnattu, polarisaatiotaso pyörii myötäpäivään, niin ainetta kutsutaan oikealle kiertäväksi ja sen nimen eteen laitetaan merkki (+); jos polarisaatiotaso pyörii vastapäivään, niin ainetta kutsutaan vasenkätiseksi ja sen nimen eteen laitetaan (–)-merkki.
Polarisaatiotason poikkeamaa alkuasennosta, ilmaistaan kulma-asteina, kutsutaan kiertokulmaksi ja sitä merkitään kreikkalaisella kirjaimella α. Pyörimiskulman suuruus riippuu optisesti aktiivisen aineen luonteesta, polarisoidun valon kulkutien pituudesta optisesti aktiivisessa väliaineessa (puhdas aine tai liuos) ja valon aallonpituudesta. Liuosten kiertokulma riippuu liuottimen laadusta ja optisesti aktiivisen aineen pitoisuudesta. Pyörimiskulman suuruus on suoraan verrannollinen valopolun pituuteen eli optisesti aktiivisen aineen tai sen liuoksen kerroksen paksuuteen. Lämpötilan vaikutus on useimmissa tapauksissa mitätön.
Erilaisten aineiden kyvyn kiertää valon polarisaatiotasoa vertailevaa arviointia varten lasketaan ominaiskiertoarvon [α].
Optinen ominaiskierto on monokromaattisen valon polarisaatiotason kiertokulma α linja-aallonpituudella D natriumspektri (589,3 nm), ilmaistuna asteina, mitattuna 20 ºС:n lämpötilassa, laskettuna 1 dm:n testiaineen kerrospaksuudelle ja vähennetty ainepitoisuuteen 1 g/ml. Ilmaistaan asteina-millilitreinä desimetrigrammaa kohti [(º) ∙ ml ∙ dm -1 ∙ g -1 ].
Joskus mittaamiseen käytetään elohopean spektrin vihreää viivaa, jonka aallonpituus on 546,1 nm.
Määritettäessä [α] optisesti aktiivisen aineen liuoksissa on otettava huomioon, että saatu arvo voi riippua liuottimen laadusta ja optisesti aktiivisen aineen pitoisuudesta.
Liuottimen vaihtaminen voi johtaa [α]:n muutokseen ei vain suuruusluokan, vaan myös etumerkin muutokseen. Tästä syystä ominaiskiertoarvoa annettaessa on ilmoitettava mittaukseen valittu liuotin ja liuospitoisuus.
Ominaiskierto määritetään kuiva-aineena tai kuivatusta näytteestä, joka on ilmoitettava farmakopean monografiassa.
Pyörimiskulma mitataan polarimetrillä, jonka avulla on mahdollista määrittää kiertokulma ± 0,02 ºС tarkkuudella lämpötilassa (20 ± 0,5) ºС. Optiset kiertomittaukset voidaan suorittaa muissa lämpötiloissa, mutta tällöin lämpötilan ottaminen huomioon on määriteltävä farmakopean monografiassa. Vaaka tarkistetaan yleensä sertifioiduilla kvartsilevyillä. Asteikon lineaarisuus voidaan tarkistaa sakkaroosiliuoksilla.
Liuosten optinen kierto on mitattava 30 minuutin kuluessa niiden valmistushetkestä; liuosten tai nestemäisten aineiden on oltava läpinäkyviä. Mittauksia tehdessäsi on ensin asetettava laitteen nollapiste tai määritettävä korjausarvo putkella, joka on täytetty puhtaalla liuottimella (käsitellessäsi liuoksia) tai tyhjällä putkella (työskennellessä nestemäisten aineiden kanssa). Kun olet asettanut laitteen nollapisteeseen tai määrittänyt korjausarvon, suorita päämittaus, joka toistetaan vähintään 3 kertaa.
Pyörimiskulman α saamiseksi mittausten aikana saadut instrumenttilukemat summataan algebrallisesti aiemmin löydettyyn korjausarvoon.
Ominaiskierron arvo [α] lasketaan jollakin seuraavista kaavoista.
Aineille liuoksessa:
l– kerrospaksuus, dm;
c– liuoksen pitoisuus, g ainetta 100 ml:ssa liuosta.
Nestemäisille aineille:
missä α on mitattu kiertokulma, astetta;
l– kerrospaksuus, dm;
ρ – nestemäisen aineen tiheys, g/ml.
Pyörimiskulman mittauksella voidaan arvioida optisesti aktiivisen aineen puhtautta tai määrittää sen pitoisuus liuoksessa. Aineen puhtauden arvioimiseksi lasketaan sen ominaiskierto [α] käyttämällä yhtälöä (1) tai (2). Optisesti aktiivisen aineen pitoisuus liuoksessa saadaan kaavasta:
Koska [a]:n arvo on vakio vain tietyllä pitoisuusalueella, kaavan (3) käyttömahdollisuus on rajoitettu tälle alueelle.
Polarimetrian teoria
Aineiden optinen aktiivisuus on erittäin herkkä molekyylien avaruudellisen rakenteen muutoksille ja molekyylien välisille vuorovaikutuksille.
Aineiden optisen aktiivisuuden tutkimus
Optisilla polarimetreillä määritetään valon polarisaatiotason pyörimismäärä, kun valo kulkee optisesti aktiivisten väliaineiden (kiinteiden aineiden tai liuosten) läpi.
Polarimetriaa käytetään laajalti analyyttisessä kemiassa optisesti aktiivisten aineiden pitoisuuden nopeaan mittaamiseen (katso sakkarimetria), eteeristen öljyjen tunnistamiseen ja muissa tutkimuksissa.
- Optisen kierron suuruus liuoksissa riippuu niiden pitoisuudesta ja optisesti aktiivisten aineiden erityisominaisuuksista.
- Valon rotaatiodispersion mittaaminen (spektropolarimetria, kiertokulman määrittäminen valon aallonpituutta muuttaessa mahdollistaa aineiden rakenteen tutkimisen.
Katso myös
Kirjallisuus
- Volkenshtein M.V., Molecular optics, M.-L., 1951
- Djerassi K., Optical Rotation Dispersion, trans. Englannista, M., 1962
- Terentjev A.P., Orgaaninen analyysi, M., 1966
Wikimedia Foundation. 2010.
- Ominaislämpö
- Sähkönjohtavuus
Katso, mitä "erityinen kierto" on muissa sanakirjoissa:
Erityinen kierto- katso Kemiallisten yhdisteiden pyörimiskyky...
aineen tietty kierto- Kulma, jonka läpi tietyn aallonpituuden optisen säteilyn polarisaatiotaso pyörii kulkiessaan yksikköpituisen reitin aineessa. [GOST 23778 79] Aiheet: optiikka, optiset instrumentit ja mittaukset EN ominaiskierto... ...
liuoksen erityinen kierto- Kulman suhde tämän aineen pitoisuuteen, jonka läpi tietyn aallonpituuden optisen säteilyn polarisaatiotaso pyörii kulkiessaan yksikköpituuden polun aineen liuoksessa. [GOST 23778 79] Aiheet: optiikka, optinen ... Teknisen kääntäjän opas
Joidenkin orgaanisten aineiden ominaiskierto- Aineen liuottimen ominaiskierto* Sakkaroosivesi +66,462 Glukoosivesi +52,70 … Kemian hakuteos
aineen suhteellinen ominaiskierto- Aineen ominaiskierron suhde tämän aineen tiheyteen. [GOST 23778 79] Aiheet: optiikka, optiset instrumentit ja mittaukset EN aineen suhteellinen ominaiskierto DE suhteellinen spezifische Materialdrehung FR rotaatio suhteellinen spécifique… … Teknisen kääntäjän opas
Polarisaatiotason kierto- poikittaisaalto on fysikaalinen ilmiö, joka koostuu lineaarisesti polarisoidun poikkiaallon polarisaatiovektorin kiertymisestä sen aaltovektorin ympäri, kun aalto kulkee anisotrooppisen väliaineen läpi. Aalto voi olla sähkömagneettinen... ... Wikipedia
POLARISAATIOTASON KIERTO- POLARISAATIOTASON KIERTO, polarisoidun valon säteiden värähtelyjen suunnan (tason) muuttaminen (katso Optinen polarisaatio). Tämä ominaisuus on: 1. Kaikki läpinäkyvät kappaleet, jos ne on asetettu magneettikenttään (magneettinen V.p.p.). Sille…… Suuri lääketieteellinen tietosanakirja
ERITYINEN MAGNEETTIPYÖRÄYS- sama kuin (katso VERDE CONSTANT). Fyysinen tietosanakirja. M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. Päätoimittaja A. M. Prokhorov. 1983... Fyysinen tietosanakirja
Kemiallisten yhdisteiden pyörimiskyky- Kemiallisten yhdisteiden pyörimiskyvyllä tarkoitetaan joillekin niistä ominaista kykyä kääntää valonsäteen polarisaatiotaso sen alkuperäisestä suunnasta. Oletetaan, että tällaisessa polarisoidussa valonsäteessä... ... Ensyklopedinen sanakirja F.A. Brockhaus ja I.A. Ephron
Sakkaroosi- (kemiallinen) nimi, joka on johdettu sanasta sakkaroosi, joka on ruokosokerin synonyymi; käytetään systemaattisesti osoittamaan yleisen kaavan C12H22O11 mukaisia hiilihydraatteja vain tässä Enc. sl. ja osassa 1 op. Tollensa Handb. der Kohlenhydrate (Bresl ...... Ensyklopedinen sanakirja F.A. Brockhaus ja I.A. Ephron
Optisesti aktiivisen aineen aiheuttama polarisaatiotason ominaiskierto määritellään kiertokulmana läpivalaistun materiaalin paksuusyksikköä kohti:
Jos kiertokulma mitataan kulma-asteina ja kerroksen paksuudella l- millimetreinä, ominaiskiertomitta on [astetta/mm].
Vastaavasti optisesti aktiivisen nesteen (ei liuoksen) ominaiskierto, jonka tiheys on c [g/cm 3 ], määräytyy lausekkeella
Koska nesteiden optinen aktiivisuus on paljon pienempi kuin kiinteiden aineiden optinen aktiivisuus ja nestekerroksen paksuus mitataan desimetreinä, on nesteiden ominaispyörimismitta [deg cm-3 / (dm g)].
Optisesti aktiivisen aineen liuoksen ominaiskierto optisesti inaktiivisessa liuottimessa konsentraatiolla KANSSA(g/100 ml) liuosta määritetään kaavalla
Orgaanisessa kemiassa molaarikierron arvoa käytetään myös ominaiskiertotyyppinä.
Liuenneiden optisesti aktiivisten aineiden pitoisuuden määritys perustuen kiertokulman b [°] mittaustuloksiin tietyllä kerrospaksuudella l[dm] tietylle aallonpituudelle [nm] saadaan Biotin yhtälöllä (1831):
Biotin laki toteutuu lähes aina pienten pitoisuuksien alueella, kun taas korkeilla pitoisuuksilla esiintyy merkittäviä poikkeamia
Häiritsevät tekijät polarimetrisissä mittauksissa
Jokaisella taitolla ja heijastuksella pinnalta, joka ei ole kohtisuorassa valon suuntaan, tapahtuu muutos tulevan valon polarisaatiotilassa. Tästä seuraa, että kaikenlainen sameus ja kuplat koeaineessa pintojen suuresta määrästä vähentävät suuresti polarisaatiota ja mittauksen herkkyys voi laskea alle hyväksyttävän tason. Sama koskee likaa ja naarmuja kyvetin ikkunoissa ja valonlähteen suojalasissa.
Suojalaseissa ja kyvettiikkunoissa esiintyvät lämpö- ja mekaaniset jännitykset johtavat kaksinkertaiseen taittumiseen ja sen seurauksena elliptiseen polarisaatioon, joka näkyy mittaustuloksen päällä näennäisen pyörimisen muodossa. Koska nämä ilmiöt ovat useimmissa tapauksissa hallitsemattomia eivätkä pysy ajan mittaan vakioina, on huolehdittava siitä, että optisissa elementeissä ei esiinny mekaanista rasitusta.
Optisen aktiivisuuden voimakas riippuvuus aallonpituudesta (rotaatiodispersio), joka esimerkiksi sakkaroosilla on 0,3 %/nm näkyvän valon alueella, pakottaa käyttämään polarimetriassa erittäin kapeita spektrikaistoja, joita yleensä vaaditaan vain interferometriassa. Polarimetria on yksi herkimmistä optisista mittausmenetelmistä (herkkyyskynnyksen suhde mittausalueeseen on 1/10000), joten täysimittaisissa polarimetrisissä mittauksissa voidaan käyttää vain tiukasti monokromaattista valoa, eli spektrin eristettyjä juovia. käyttää. Korkean valon intensiteetin tuottavat korkeapainepolttimet eivät sovellu polarimetriaan, koska spektriviivat levenevät paineen muutoksilla ja jatkuvan säteilytaustan osuus lisääntyy tässä tapauksessa. Laajempien spektrikaistojen käyttö on mahdollista vain instrumenteissa, jotka kompensoivat pyörimisdispersiota, kuten esimerkiksi instrumenteissa, joissa on kompensointi kvartsikiilassa (sakkarimetri kvartsikiilassa) ja instrumenteissa, joissa on kompensaatio Faraday-ilmiöllä. Kvartsikiilalla varustetuilla instrumenteilla on rajoitetut kompensointimahdollisuudet sakkaroosin mittauksessa. Kompensoimalla Faradayn vaikutusta sopivalla materiaalivalinnalla, rotaatiodispersiolle voidaan asettaa erilaisia vaatimuksia; käytettyjen menetelmien yleismaailmallisuutta ei kuitenkaan ole mahdollista saavuttaa.
Mitattaessa äärellisellä spektrin kaistanleveydellä lähellä absorptiokaistoja, tapahtuu absorption vaikutuksesta aallonpituusjakauman tehollisen painopisteen siirtymä, joka vääristää mittaustuloksia, josta seuraa, että absorboivia aineita tutkittaessa on välttämätöntä työskennellä tiukasti monokromaattisen säteilyn kanssa.
Nopeasti virtaavia jatkuvia liuosvirtoja valvottaessa valon kaksinkertaisesta taittamisesta virtauksen aiheuttama elliptinen polarisaatio voi heikentää polarimetristen mittausmenetelmien herkkyyttä ja johtaa suuriin virheisiin. Nämä vaikeudet voidaan poistaa vain huolellisella virtauksen muotoilulla, esimerkiksi varmistamalla laminaarinen yhdensuuntainen virtaus kyvetissä ja vähentämällä sen nopeutta. polarisaatiovalon kierto optinen