Īpaša rotācija. Cukura šķīduma īpatnējās rotācijas konstantes un koncentrācijas noteikšana Īpatnējās rotācijas formula
Polarimetrija ir optiska izpētes metode, kas balstās uz optiski aktīvo savienojumu spēju pagriezt lineāri polarizētas gaismas vibrācijas plakni (skat. Izomerisms).
Gaismas ķermeņu atomi un molekulas izstaro elektromagnētiskos viļņus. Ja šo daļiņu izkārtojumā ir pilnīga nekārtība, ķermeņi izstaro tā saukto dabisko gaismu, kurā elektriskā (vai magnētiskā) lauka intensitātes vektoru svārstības notiek visās plaknēs, kas iet caur gaismas viļņa izplatīšanās virzienu. Kārtību lauka svārstību virzienā sauc par gaismas polarizāciju. Tādu gaismu, kurā vienā plaknē notiek elektrisko (magnētisko) lauku stipruma svārstības, sauc par plaknes polarizēto gaismu, bet plakni, kurā svārstās gaismas staru magnētiskā lauka stiprums, sauc par polarizācijas plakni. Polarizētu gaismu var radīt, izlaižot dabisko gaismu caur polarizējošām prizmām, kas izgatavotas no īpašiem kristāliem. Pie šādiem kristāliem pieder Islandes sparu kristāli, no kuriem parasti gatavo polarizējošās prizmas (Nicol prizmas). Kad polarizētā gaisma iziet cauri optiski aktīvās vielas šķīdumam, polarizācijas plakne griežas, bet to var noteikt, tikai izmantojot otru līdzīgu polarizējošo prizmu (analizatoru). Polarizācijas plaknes rotācijas pētījumu izmanto optiski aktīvo savienojumu struktūras pētīšanai, kā arī to kvantitatīvai noteikšanai. Optisko aktivitāti raksturo īpatnējās rotācijas lielums [α], t.i., polarizācijas plaknes griešanās leņķis šķīdumam, kas satur 1 g optiski aktīva savienojuma 1 ml ar šķidruma slāņa biezumu 1 dm.
Īpatnējo rotāciju aprēķina no dotā savienojuma šķīduma ar zināmu procentuālo koncentrāciju rotācijas daudzuma:
[α] = α100/l·C
kur α ir griešanās leņķis grādos, C ir koncentrācija %, l ir šķīduma slāņa biezums dm. Īpašā rotācija mainās atkarībā no gaismas temperatūras un viļņa garuma. Tāpēc noteikšanu veic monohromatiskā gaismā noteiktā temperatūrā. Viļņa garums un temperatūra ir atzīmēti ar [a]. Zinot konkrētā savienojuma īpatnējo rotāciju no atsauces tabulām un nosakot šī savienojuma šķīduma griešanās leņķi, ir viegli aprēķināt koncentrāciju:
C = α100/[α]l
Šķīdums nedrīkst saturēt citus optiski aktīvus savienojumus.
Polarizācijas plaknes rotācijas noteikšanai tiek izmantoti optiskie instrumenti-polarimetri. Polarimetrs (1. att.) sastāv no divām polarizējošām prizmām: fiksētās - polarizatora un rotējošās - analizatora un mēģenes ar testa šķīdumu. Rotācijas leņķi var noteikt, iestatot analizatoru uz vienādu visa redzes lauka apgaismojumu, vispirms bez šķīduma un pēc tam ar optiski aktīva savienojuma šķīdumu. Šajā gadījumā analizators jāpagriež leņķī, kas vienāds ar pētāmā šķīduma polarizācijas plaknes rotācijas leņķi. Rotācijas leņķi mēra aplī ar dalījumu (limbo). Ja pēc caurules uzstādīšanas ar šķīdumu analizators tiek pagriezts pulksteņrādītāja virzienā, tad mēs runājam par labo (+), ja pretēji pulksteņrādītāja virzienam, mēs runājam par pa kreisi (-). Lai uzlabotu precizitāti, polarimetri ir aprīkoti ar papildu kvarca daļām. Dažos polarimetros apgaismojuma izlīdzināšanu pēc šķīduma uzstādīšanas un optiski aktīvās vielas koncentrācijas mērīšanas veic ar kvarca ķīļa lineāru kustību. Parasto polarimetru precizitāte ir 0,05°. Lai iegūtu monohromatisku gaismu, parasti izmanto filtrus. Polarimetrijas metodi plaši izmanto laboratorijās; Klīniskajās laboratorijās un pārtikas rūpniecības laboratorijās cukura satura noteikšanai izmanto polarimetriju. Polarimetri, ko izmanto niedru cukura satura noteikšanai, sauc par saharimetriem (2. att.).
Rīsi. 1. Dažādu veidu polarimetru shēmas: a - sistēma ar divām bikvarca plāksnēm; b - penumbral ar nikolu; c - pusumbra ar diviem nikoliem. 1 - polarizators; 1" un 1" - nikoli; 2 - bikvarca plāksne; 3 - caurule ar šķīdumu; 4 - analizators (labajā pusē - polarimetra lauku apgaismojuma diagrammas).
Rīsi. 2. Ķīļveida polarimetrs-saharimetrs SOK (diagramma): 1 - apgaismotājs; 2 - gaismas filtrs; 3 - diafragma; 4 - objektīvs; 5 - nikols; 6 mēģenes testa šķīdumam; 7 - fiksēts kvarca ķīlis; 8 - kustīgs kvarca ķīlis; 9 - analizators; 10-okulārs; 11 - vāks; 12 - skrūve; 13 - palielināmais stikls.
2. Pirms ierīces pievienošanas tīklam iestatiet ierīces minimālo jutību, griežot pogu “Setup 100” pretēji pulksteņrādītāja virzienam, līdz tā apstājas.
3. Pārbaudiet mikroampērmetra adatas nulles pozīcijas atbilstību, ja nepieciešams, noregulējiet to ar korektora skrūvi 7 (3. att.);
4. Ievietojiet zaļo absorbētāju "3" ar "Absorbers" rokturi.
5. Pievienojiet ierīci tīklam.
6. Atveriet fotoelektrokolorimetra vāku 1 un noņemiet šūnas turētāju.
7. Izņemiet "Solvent" kiveti, piepildiet to 2/3 no tilpuma ar ūdeni un ievietojiet to vietā. Uzstādiet kivetes turētāju fotokolorimetrā. Neaizveriet kivetes kameras vāku.
8. Izmantojiet rokturi 3 “kivetes”, lai novietotu kiveti ar šķīdinātāju gaismas plūsmas ceļā.
9. Iestatiet nulli mikroampērmetra skalā, izmantojot rokturi 5 “Iestatījums 0”.
10. Aizveriet kivetes nodalījuma vāku 1 un izmantojiet rokturi 4 “Iestatījums 100”, lai iestatītu mikroampērmetra adatu uz simto daļu.
11. Atveriet kivetes kameras vāku 1 un noņemiet kivetes turētāju. Izņemiet tukšo kiveti, piepildiet to 2/3 no tilpuma ar zemākās koncentrācijas testa šķīdumu un nomainiet to.
N uz 1. tabulu.
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 līdz 2/3 ar šādu šķīdumu un nomainiet to.
15. Ievietojiet kivetes turētāju fotokolorimetrā. Izmantojot rokturi 3 “Kivetes”, novietojiet kiveti ar testa šķīdumu gaismas plūsmas ceļā. Aizveriet kivetes kameras vāku.
16. Paņemiet rādījumus uz mikroampermetra skalas 6 un pierakstiet N uz 1. tabulu.
17. Atkārtojiet 14.–16. darbību ar pārējiem risinājumiem.
18. Veikt vēl divas eksperimentu sērijas saskaņā ar 14. – 16. punktiem ar visiem šķīdumiem, sākot ar mazākās koncentrācijas šķīdumu. Neaizmirstiet iztukšot pēdējo šķīdumu.
19.Atvienojiet ierīci no tīkla.
Mērījumu rezultātu apstrāde
1. Pēc vērtībām |
Nosakiet N visiem eksperimentiem |
Izmantojot |
|||||||||
formula (9). Ierakstiet rezultātus 1. tabulā. |
|||||||||||
2. Izmantojot 2. tabulu, nosakiet D visiem (skatiet piezīmi) un tā vidējo |
|||||||||||
tā vērtību, ievadiet rezultātus 1. tabulā. |
|||||||||||
2. tabula |
|||||||||||
Piezīme. Tabulas pirmajā slejā ir norādītas optiskās vērtības |
|||||||||||
liels 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 mazākas par 0,081, vispirms palieliniet doto caurlaidību 10 reizes, pēc tam atrodiet iegūtajai caurlaidībai atbilstošo absorbcijas vērtību un pievienojiet šai vērtībai vienu.
3. Aprēķiniet tās absolūto kļūdu visām D vērtībām, izmantojot formulu D | D av D meas | , atrodiet D vidējo vērtību,
ierakstiet rezultātus 1. tabulā.
Piezīme. Ja optiskā blīvuma absolūtās kļūdas aprēķina rezultāts ir nulle, tad pieņem D 0,01.
4. Pamatojoties uz vidējām optiskā blīvuma vērtībām D avg visiem
zināmās koncentrācijas, ņemot vērā tās absolūto kļūdu, konstruē kalibrēšanas grafiku D f (C).
5. Grafikā atzīmējiet punktu, kas atbilst nezināmas koncentrācijas šķīduma vidējam optiskajam blīvumam.
6. Atzīmējiet grafikā nezināmas koncentrācijas šķīduma optiskā blīvuma vidējās absolūtās kļūdas intervālu.
7. No grafika nosakiet šķīduma koncentrāciju C x,
nolaižot perpendikulu atbilstošajai koordinātu asij.
8. Nosakiet šķīduma koncentrācijas absolūto kļūdu no grafika (skatiet piemēru 15. lpp.).
9. Nosakiet relatīvo kļūdu nezināma šķīduma koncentrācijas noteikšanā, izmantojot formulu:
Kontroles jautājumi
1. Kāda ir gaismas absorbcijas parādība matērijā?
2. Kas ir gaismas intensitāte? Kādās vienībās to mēra?
3. Kāds likums apraksta gaismas absorbcijas parādību matērijā? Formulējiet to un pierakstiet matemātiski.
4. Kāda ir absorbcijas koeficienta fiziskā nozīme? Kādās vienībās to mēra un kā to apzīmē?
5. Kas ir caurlaidība? Kādās vienībās to mēra un kā to apzīmē?
6. Kas ir optiskais blīvums? Kādās vienībās to mēra un kā to apzīmē?
7. Formulējiet un uzrakstiet Bēra likumu.
8. Formulējiet un pierakstiet likumu Būgārs-Lamberts.
9. Uzzīmējiet fotoelektrokolorimetra optisko diagrammu un aprakstiet tā galveno daļu mērķi.
10. Kāda ir metode vielas koncentrācijas noteikšanai šķīdumā, izmantojot fotoelektrokolorimetru.
Laboratorijas darbs Nr.5
CUKURA KONCENTRĀCIJAS NOTEIKŠANA ŠĶĪDUMĀ AR SUHARIMETRU
Darba mērķis: izpētīt vispārējos gaismas polarizācijas modeļus; iepazīties ar saharimetra uzbūvi un 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 gaismas elektromagnētiskās teorijas izriet, ka gaismas viļņi ir šķērsvirzienā. Katrā šāda viļņa izplatīšanās līnijas punktā, perpendikulāri tā virzienam
izplatīties (pāri) |
oscilēt divu vektoru cha- |
|||||
īpašības: spriedze |
elektriskais lauks |
indukcija |
||||
E un |
||||||
magnētiskais lauks B. Vektori E |
un B ir savstarpēji perpendikulāri |
|||||
pats (1. att.). |
||||||
Elektriskā lauka intensitātes vektoru sauc par gaismu |
||||||
vektors, jo fi- |
||||||
fizioloģiska, |
||||||
mistisks, |
fotoelementu |
|||||
loģiskās un citas darbības |
||||||
izraisa kol- |
||||||
persona |
||||||
Rīsi. 1. Elektromagnētisko viļņu diagramma |
uztver |
|||||
elektriskās |
||||||
izstaro elektromagnētisko gaismas vilni.
Gaisma ir daudzu gaismas avota atomu kopējais elektromagnētiskais starojums. Atomi izstaro gaismas viļņus neatkarīgi viens no otra, tāpēc ķermeņa izstarotajam gaismas vilnim kopumā ir raksturīgi visi iespējamie vienādi iespējamie līdz
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 un dienasgaismas spuldzes ir dabiskās gaismas avoti. To sauc par gaismu, kurā gaismas vektora svārstību virzieni ir kaut kādā veidā sakārtoti
polarizēts (2. b attēls). Ja līdz-
gaismas vektora svārstības notiek tikai vienā plaknē,
gaismu sauc par plaknes polarizētu
vannas istaba Plakni, kurā svārstās gaismas vektors, sauc par plakni
polarizācija (3. att.).
Gaismas polarizācija notiek, gaismai atstarojot no dielektriķu virsmas, refrakcijas laikā 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 dielektrisko robežu (4. att.), lauztie un atstarotie gaismas viļņi izrādās daļēji polarizēti.
Atstarotā staru kūļa polarizācijas pakāpe mainās, mainoties leņķim
Denija. Ir leņķis
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.
Brūstera leņķi var noteikt pēc Brūstera likums ar tādu pašu nosaukumu: ja krišanas leņķis ir vienāds ar Brūstera leņķi, tad
atstarotie un lauztie stari ir savstarpēji perpendikulāri, savukārt kopējās polarizācijas leņķa tangenss ir vienāds ar otrās vides absolūtā laušanas koeficienta attiecību pret pirmās absolūto laušanas koeficientu:
Br n 1
kur n 2 un n 1 ir attiecīgi otrās un pirmās vides absolūtais laušanas koeficients.
Acs neatšķir dabisko gaismu no polarizētās gaismas, tāpēc polarizēto gaismu uztver tikai tai raksturīgas parādības. Polarizētu gaismu var noteikt, izmantojot parasto polarizatoru. Polarizatorus, kas paredzēti polarizētās gaismas pētīšanai, sauc par analizatoriem, t.i. to pašu Polaroid var izmantot gan kā polarizatoru, gan kā analizatoru.
Gaismas polarizācija polaroīdos pakļaujas Malusa likumam: ja dabiskā gaisma iziet cauri divām polarizācijas ierīcēm, kuru polarizācijas plaknes atrodas viena pret otru leņķī, tad šādas sistēmas raidītās gaismas intensitāte (5. att.) jābūt proporcionāliem cos2, savukārt pirmajā polarizatorā gaisma tiek zaudēta puse no intensitātes:
Es ēdu cos 2 |
I 0 cos2, |
||||
kur I ir polarizētās gaismas intensitāte, kas iet caur polarizatoru un analizatoru;
ēdu – dabiskās gaismas intensitāte;
I 0 – polarizētās gaismas intensitāte, kas iet 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 Malusa 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 utt. vietā gadījumos, kad to konkrētajam saturam nav nozīmes, un tikai nepieciešams 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 intensitātes mērvienība SI: =1 W/m2 ( vats uz kvadrātmetru).
Kad polarizētā gaisma iziet cauri dažiem kristāliem (kvarca, cinobra un citiem), kā arī cukura, urīnvielas un olbaltumvielu šķīdumiem, vibrācijas plakne griežas noteiktā leņķī. Šo fenomenu sauc lauka svārstību plaknes rotācija -
pārstāvēja gaismu. Vielas, kas rotē polarizācijas plakni
Tos sauc par optiski aktīviem.
Lielākajai daļai optiski aktīvo kristālu ir atklātas divas modifikācijas, pagriežot polarizācijas plakni pulksteņrādītāja virzienā (labā roka) un pretēji pulksteņrādītāja virzienam (kreisais) novērotājam, kas 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 ir tāda, ka tā parāda, par kādu leņķi polarizācijas plakne pagriež optiski aktīvo vielu ar vienības koncentrāciju, ejot garām gaismai ar vienības garumu. Kopumā 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-procentu).
Ražošanā plaši tiek izmantota starptautiskā cukura skala, kurā 100 S = 34,62 leņķa grādi. Ņemot to vērā, īpatnējās rotācijas konstantes mērvienību var uzrādīt šādi: [φ 0 ]=1 S /m∙% ( cukura skalas pakāpe uz metru procenti).
Metodes pamatojums
Polarizētas gaismas vibrācijas plaknes rotācijas fenomenu izmanto, lai noteiktu optiski aktīvās vielas koncentrāciju šķīdumos, izmantojot instrumentus, ko sauc par polarimetriem. Polarimetri, kuru skala ir graduēta Starptautiskās cukura skalas vienībās, sauc par saharimetriem.
Cukura šķīdumu koncentrācijas noteikšana, izmantojot polarimetrus un saharimetrus, tiek izmantota pētījumos lauksaimniecībā, ķīmijas, pārtikas un naftas rūpniecības laboratorijās.
Vienkāršākais polarimetrs (6. att.) sastāv no diviem polarizatoriem, gaismas avota un ierīces leņķisko vērtību mērīšanai.
Rīsi. 6. Vienkārša polarimetra diagramma
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, redzes lauks tiek izgaismots. Tas notiek 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 iegūtu tumsu, analizators jāpagriež pret polarizācijas plaknes griešanās virzienu leņķī, kas vienāds ar griešanās leņķi φ. Analizatora griešanās leņķi ir viegli izmērīt. Zinot vielas īpatnējo rotācijas konstanti un optiski aktīvās vielas šķīduma biezumu, šķīduma koncentrācijas noteikšanai varam izmantot 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, ar polarimetru nosaka polarizācijas plaknes griešanās leņķi ar šo šķīdumu no tās pašas vielas, un īpatnējo rotācijas konstanti o aprēķina pēc formulas (3). :
Ar informāciju |
||||
Lai atrastu nezināma šķīduma Cx koncentrāciju, ar 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 inv. |
|||
Ar šo nezināma šķīduma koncentrācijas noteikšanu, 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 tiek izmantots universāls saharimetrs SU-4, lai noteiktu cukura īpatnējo rotācijas konstanti un tā koncentrāciju šķīdumā. Saharimetra shematiskā diagramma ir parādīta 7. attēlā.
Rīsi. 7. Penumbrālā saharimetra shematiskā diagramma
5. pētāmā viela ir novietota starp pustālās polarizatoru, kas sastāv no divām pusēm 3 un 4, un analizatoru 6. Analizatora caurlaidība mainās saskaņā ar Malus likumu, kad leņķis starp analizatora 6 polarizācijas plakni un polarizāciju. mainās uz to krītošās gaismas plakne.
Penumbrālo polarizatoru 3 un 4 izmantošana ir saistīta ar to, ka parastā polarizatora iestatīšanu tumsā nevar veikt pietiekami precīzi. Pusumbralajos polarizatoros ražošana
Rīsi. 8. Skats uz redzes lauku Sahā iestatījums nav paredzēts tumsai, bet gan rimimetrs ar pusmārļa lauku - par abu lēcu I un II redzes lauka abu pušu apgaismojuma vienādību (8.a att.). Cilvēka acs ir ļoti jutīga pret vienlīdzības pārkāpumiem
divu blakus esošu lauku izgaismošana (8. b, c att.), tādēļ, izmantojot zīmuli, polarizācijas plaknes stāvokli var noteikt daudz precīzāk nekā uzstādot
polarizators tumsai.
KRIEVIJAS FEDERĀCIJAS VESELĪBAS MINISTRIJA
VISPĀRĪGS FARMAKOPOĒJAS RAKSTS
PolarimetrijaOFS.1.2.1.0018.15
Apmaiņā pret Pasaules fonduXII, 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 no novērotāja, uz kuru tiek vērsta gaisma, kas iet caur optiski aktīvu vielu, polarizācijas plakne griežas pulksteņrādītāja virzienā, tad vielu sauc par devtrorotējošu un tās nosaukuma priekšā tiek likta zīme (+); 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 lielums ir atkarīgs no optiski aktīvās vielas rakstura, polarizētās gaismas ceļa garuma optiski aktīvajā vidē (tīrā vielā vai šķīdumā) un gaismas viļņa garuma. Šķīdumiem rotācijas leņķis ir atkarīgs no šķīdinātāja rakstura un optiski aktīvās vielas koncentrācijas. Rotācijas leņķa lielums ir tieši proporcionāls 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, tiek aprēķināta īpatnējās rotācijas vērtība [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 °С temperatūrā, aprēķināts testa vielas slāņa biezumam 1 dm un samazināts līdz vielas koncentrācijai 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 nomaiņa var izraisīt [α] izmaiņas ne tikai lielumā, bet arī zīmē. Tāpēc, norādot īpatnējo rotācijas vērtību, ir jānorāda mērīšanai izvēlētais šķīdinātājs un šķīduma koncentrācija.
Īpatnējo rotāciju nosaka sausnas izteiksmē vai no žāvēta parauga, kas jānorāda farmakopejas monogrāfijā.
Rotācijas leņķi mēra, izmantojot polarimetru, kas ļauj noteikt rotācijas leņķi ar precizitāti ± 0,02 ºС pie temperatūras (20 ± 0,5) ºС. Optiskās rotācijas mērījumus var veikt arī citās temperatūrās, taču šādos gadījumos temperatūras ņemšanas metode ir jānorāda farmakopejas monogrāfijā. Mērogu parasti pārbauda, izmantojot sertificētas kvarca plāksnes. Skalas linearitāti var pārbaudīt, izmantojot saharozes šķīdumus.
Šķīdumu optiskā rotācija jāmēra 30 minūšu laikā no to pagatavošanas brīža; 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 veiciet galveno mērījumu, ko atkārto vismaz 3 reizes.
Lai iegūtu rotācijas leņķi α, mērījumu laikā iegūtie instrumenta rādījumi tiek algebriski summēti ar iepriekš atrasto korekcijas vērtību.
Īpatnējās rotācijas vērtību [α] aprēķina, izmantojot vienu no šādām formulām.
Vielām šķīdumā:
l– slāņa biezums, dm;
c– šķīduma koncentrācija, g vielas uz 100 ml šķīduma.
Šķidrām vielām:
kur α ir izmērītais griešanās leņķis, grādos;
l– slāņa biezums, dm;
ρ – šķidrās vielas blīvums, g/ml.
Rotācijas leņķa mērīšana tiek veikta, lai novērtētu optiski aktīvās vielas tīrību vai noteiktu tās koncentrāciju šķīdumā. Lai novērtētu vielas tīrību, tās īpatnējās rotācijas vērtību [α] aprēķina, izmantojot (1) vai (2) vienādojumu. Optiski aktīvās vielas koncentrāciju šķīdumā nosaka, izmantojot formulu:
Tā kā [α] vērtība ir nemainīga tikai noteiktā koncentrācijas diapazonā, iespēja izmantot formulu (3) ir ierobežota ar šo diapazonu.
Polarimetrijas teorija
Vielu optiskā aktivitāte ir ļoti jutīga pret molekulu telpiskās struktūras izmaiņām un starpmolekulāro mijiedarbību.
Vielu optiskās aktivitātes izpēte
Izmantojot optiskos polarimetrus, nosaka gaismas polarizācijas plaknes rotācijas lielumu, 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), ēterisko eļļu identificēšanai un citos pētījumos.
- Optiskās rotācijas lielums šķīdumos ir atkarīgs no to koncentrācijas un optiski aktīvo vielu specifiskajām īpašībām.
- Gaismas rotācijas dispersijas mērīšana (spektropolarimetrija, rotācijas leņķa noteikšana, mainot gaismas viļņa garumu, ļauj pētīt vielu uzbūvi.
Skatīt arī
Literatūra
- Volkenšteins M.V., Molekulārā optika, M.-L., 1951
- Djerassi K., Optiskā rotācijas dispersija, trans. no angļu valodas, M., 1962
- Terentjevs A.P., Organiskā analīze, M., 1966
Wikimedia fonds. 2010. gads.
- Īpašs karstums
- Īpatnējā vadītspēja
Skatiet, kas ir “Īpašā rotācija” citās vārdnīcās:
Īpaša rotācija- skatiet ķīmisko savienojumu rotācijas spēju...
īpaša matērijas rotācija- Leņķis, caur kuru 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 attiecība, caur kuru griežas noteikta viļņa garuma optiskā starojuma polarizācijas plakne, kad tā šķērso vienības garuma ceļu vielas šķīdumā, pret šīs vielas koncentrāciju. [GOST 23778 79] Tēmas: optika, optiskā ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata
Dažu organisko vielu īpatnējā rotācija- Vielas šķīdinātāja īpatnējā rotācija* Saharozes ūdens +66,462 glikozes ūdens +52,70 ... Ķīmijas uzziņu grāmata
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 spécifique… … 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 PLAKNES ROTĒŠANA, mainot polarizētās gaismas staru svārstību virzienu (plakni) (skat. Optiskā polarizācija). Šī īpašība piemīt: 1. Visiem caurspīdīgiem ķermeņiem, ja tie atrodas 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 spēja attiecas uz dažiem no tiem raksturīgo spēju novirzīt gaismas stara polarizācijas plakni no tā sākotnējā virziena. Pieņemsim, ka šādas polarizētas gaismas kūlī...... Enciklopēdiskā vārdnīca F.A. Brokhauss un I.A. Efrons
Saharoze- (ķīmisks) nosaukums, kas atvasināts no vārda saharoze, kas ir niedru cukura sinonīms; sistemātiski izmanto, lai apzīmētu ogļhidrātus ar vispārējo formulu C12H22O11 tikai šajā Enc. sl. un 1. sējumā op. Tollens Handb. der Kohlenhydrate (Bresl...... Enciklopēdiskā vārdnīca F.A. Brokhauss un I.A. Efrons
Optiski aktīvas vielas polarizācijas plaknes īpatnējo rotāciju definē kā griešanās leņķi uz caurspīdīgā materiāla biezuma vienību:
Ja griešanās leņķi mēra leņķa grādos un slāņa biezumā l- mm, tad īpatnējais rotācijas izmērs būs [g/mm].
Attiecīgi optiski aktīva šķidruma (nevis šķīduma) īpatnējo rotāciju ar blīvumu c [g/cm 3 ] nosaka izteiksme
Tā kā šķidrumu optiskā aktivitāte ir daudz mazāka par cieto vielu optisko aktivitāti un šķidruma slāņa biezumu mēra decimetros, šķidrumu īpatnējā rotācija ir [deg cm-3 / (dm g)].
Optiski aktīvās vielas šķīduma īpatnējā rotācija optiski neaktīvā šķīdinātājā ar koncentrāciju AR(g/100 ml) šķīduma nosaka pēc formulas
Organiskajā ķīmijā kā īpatnējās rotācijas veidu izmanto arī molārās rotācijas vērtību.
Izšķīdušo optiski aktīvo vielu koncentrācijas noteikšana, pamatojoties uz rotācijas leņķa b [°] mērīšanas rezultātiem noteiktā slāņa biezumā l[dm] noteiktam viļņa garumam [nm] tiek iegūts ar Biota vienādojumu (1831):
Biota likums gandrīz vienmēr ir izpildīts zemu koncentrāciju apgabalā, savukārt augstās koncentrācijās notiek ievērojamas novirzes
Traucējošie faktori polarimetriskajos mērījumos
Ar katru refrakciju un atstarošanu no virsmas, kas nav perpendikulāra gaismas virzienam, notiek izmaiņas krītošās gaismas polarizācijas stāvoklī. No tā izriet, ka jebkāda veida duļķainība un burbuļi testa vielā daudzo virsmu dēļ ievērojami samazina polarizāciju, un mērījuma jutība var samazināties zem pieļaujamā līmeņa. Tas pats attiecas uz netīrumiem un skrāpējumiem uz kivetes logiem un gaismas avota aizsargstikla.
Termiskie un mehāniskie spriegumi aizsargstiklos un kivetes lodziņās izraisa dubultu refrakciju un līdz ar to eliptisku polarizāciju, kas tiek uzklāta uz mērījuma rezultātu šķietamas rotācijas veidā. Tā kā šīs parādības vairumā gadījumu ir nekontrolējamas un laika gaitā nav nemainīgas, jāraugās, lai optiskajos elementos neparādās mehāniskais spriegums.
Optiskās aktivitātes spēcīgā atkarība no viļņa garuma (rotācijas dispersija), kas, piemēram, saharozei ir 0,3%/nm redzamās gaismas apgabalā, liek polarimetrijā izmantot ārkārtīgi šauras spektra joslas, kas parasti ir nepieciešamas tikai interferometrijā. Polarimetrija ir viena no jutīgākajām optisko mērījumu metodēm (jutības sliekšņa attiecība pret mērījumu diapazonu ir 1/10000), tāpēc pilnvērtīgiem polarimetriskiem mērījumiem var izmantot tikai stingri monohromatisku gaismu, t.i., izolētas spektra līnijas. izmantot. Augstspiediena degļi, kas nodrošina augstu gaismas intensitāti, nav piemēroti polarimetrijai spektra līniju paplašināšanās ar spiediena izmaiņām un palielināta nepārtrauktā starojuma fona īpatsvara dēļ. Plašāku spektrālo joslu izmantošana ir iespējama tikai instrumentiem, kas nodrošina rotācijas dispersijas kompensāciju, piemēram, instrumentos ar kompensāciju, izmantojot kvarca ķīli (saharimetru ar kvarca ķīli), un instrumentiem ar kompensāciju ar Faradeja efektu. Instrumentiem ar kvarca ķīli ir ierobežotas kompensācijas iespējas, mērot saharozi. Kompensējot Faradeja efektu ar atbilstošu materiālu izvēli, rotācijas dispersiju var pakļaut dažādām prasībām; tomēr nav iespējams panākt izmantoto metožu universālumu.
Mērot ar ierobežotu spektrālās joslas platumu pie absorbcijas joslām, absorbcijas ietekmē notiek viļņa garuma sadalījuma efektīvā smaguma centra nobīde, izkropļojot mērījumu rezultātus, no kā izriet, ka pētot absorbējošās vielas ir nepieciešams strādāt ar stingri monohromatisku starojumu.
Pārraugot strauji plūstošas nepārtrauktas šķīdumu plūsmas, eliptiskā polarizācija, kas rodas no gaismas dubultās refrakcijas plūsmas rezultātā, var pasliktināt polarimetrisko mērījumu metožu jutīgumu un radīt lielas kļūdas. Šīs grūtības var novērst, tikai rūpīgi veidojot plūsmu, piemēram, nodrošinot lamināru paralēlu plūsmu kivetēs un samazinot tās ātrumu. polarizācijas gaismas rotācijas optiskā