Polarimetrie ist eine optische Forschungsmethode, die auf der Fähigkeit optisch aktiver Verbindungen basiert, die Schwingungsebene linear zu drehen polarisiertes Licht(siehe Isomerie).
Atome und Moleküle leuchtender Körper emittieren elektromagnetische Wellen. Bei völliger Unordnung in der Anordnung dieser Teilchen emittieren Körper sogenanntes natürliches Licht, bei dem die Schwingung der elektrischen (oder magnetischen) Feldstärkevektoren in allen Ebenen auftritt, die durch die Ausbreitungsrichtung der Lichtwelle verlaufen. Die Ordnung in Richtung der Feldschwingungen wird als Polarisation des Lichts bezeichnet. Solches Licht, bei dem Schwankungen der Intensität elektrischer (magnetischer) Felder in einer Ebene auftreten, wird als linear polarisiertes Licht bezeichnet, und zwar als die Ebene, in der die Intensität oszilliert Magnetfeld Lichtstrahlen, - Polarisationsebene. Polarisiertes Licht kann erzeugt werden, indem natürliches Licht durch polarisierende Prismen aus speziellen Kristallen geleitet wird. Zu diesen Kristallen gehören Island-Spat-Kristalle, aus denen üblicherweise polarisierende Prismen (Nicol-Prismen) hergestellt werden. Wenn polarisiertes Licht eine Lösung einer optisch aktiven Substanz durchdringt, dreht sich die Polarisationsebene, es kann jedoch nur mit einem zweiten ähnlichen Polarisationsprisma (Analysator) erfasst werden. Die Untersuchung der Rotation der Polarisationsebene wird zur Untersuchung der Struktur optisch aktiver Verbindungen sowie zu deren quantitativer Bestimmung eingesetzt. Die optische Aktivität wird durch den Wert der spezifischen Drehung [α] charakterisiert, d. h. den Drehwinkel der Polarisationsebene einer Lösung, die 1 g einer optisch aktiven Verbindung in 1 ml mit einer Flüssigkeitsschichtdicke von 1 dm enthält.
Die spezifische Rotation wird aus dem Ausmaß der Rotation einer Lösung einer bestimmten Verbindung mit einer bekannten prozentualen Konzentration berechnet:
[α] = α100/l·C
Dabei ist α der Drehwinkel in Grad, C die Konzentration in %, l die Dicke der Lösungsschicht in dm. Die spezifische Drehung ändert sich mit der Temperatur und der Wellenlänge des Lichts. Daher erfolgt die Bestimmung im monochromatischen Licht bei einer bestimmten Temperatur. Wellenlänge und Temperatur sind bei [a] markiert. Wenn man die spezifische Drehung einer bestimmten Verbindung aus Referenztabellen kennt und den Drehwinkel der Lösung dieser Verbindung bestimmt, lässt sich die Konzentration leicht berechnen:
C = α100/[α]l
Die Lösung darf keine anderen optisch aktiven Verbindungen enthalten.
Um die Drehung der Polarisationsebene zu bestimmen, werden optische Polarimeter verwendet. Das Polarimeter (Abb. 1) besteht aus zwei Polarisationsprismen: einem festen – einem Polarisator und einem rotierenden – einem Analysator und einem Röhrchen mit der Testlösung. Der Drehwinkel kann bestimmt werden, indem der Analysator auf eine gleichmäßige Beleuchtung des gesamten Sichtfelds eingestellt wird, zunächst ohne Lösung und dann mit einer Lösung einer optisch aktiven Verbindung. In diesem Fall muss der Analysator um einen Winkel gedreht werden, der dem Drehwinkel der Polarisationsebene der untersuchten Lösung entspricht. Der Drehwinkel wird in einem Kreis mit Teilungen (Limbo) gemessen. Wird der Analysator nach Einbau des Röhrchens mit der Lösung im Uhrzeigersinn gedreht, spricht man von Rechtsdrehung (+), im Gegenuhrzeigersinn spricht man von Linksdrehung (-). Um die Genauigkeit zu verbessern, werden Polarimeter mit zusätzlichen Quarzteilen ausgestattet. Bei einigen Polarimetern erfolgt die Nivellierung der Beleuchtung nach dem Einbringen der Lösung und die Messung der Konzentration der optisch aktiven Substanz durch lineare Bewegung eines Quarzkeils. Die Genauigkeit herkömmlicher Polarimeter beträgt 0,05°. Um monochromatisches Licht zu erhalten, werden üblicherweise Filter verwendet. Die Polarimetrie-Methode wird in Laboratorien häufig eingesetzt; in klinischen Laboren und Laboren Lebensmittelindustrie Zur Bestimmung des Zuckergehalts wird die Methode der Polarimetrie verwendet. Polarimeter zur Bestimmung des Rohrzuckergehalts werden Saccharimeter genannt (Abb. 2).
Reis. 1. Schemata von Polarimetern verschiedener Typen: a - System mit zwei Biquarzplatten; b - Halbschatten mit Nicol; c - Halbschatten mit zwei Nikolaus. 1 - Polarisator; 1" und 1" - Nicoli; 2 - Biquarzplatte; 3 - Röhrchen mit Lösung; 4 - Analysator (rechts - Diagramme der Beleuchtung von Polarimeterfeldern).
Reis. 2. Keilpolarimeter-Saccharimeter SOK (Diagramm): 1 - Illuminator; 2 - Lichtfilter; 3 - Zwerchfell; 4 - Linse; 5 - Nicole; 6-Röhrchen für die Testlösung; 7 - fester Quarzkeil; 8 - beweglicher Quarzkeil; 9 - Analysator; 10-Okular; 11 - Abdeckung; 12 - Schraube; 13 - Lupe.
Die Konfiguration dieser Substanz kann mit der Konfiguration von Weinsäure und weiter mit Glycerinaldehyd korreliert werden.
Drehung der Polarisationsebene
Das Phänomen der Drehung der Polarisationsebene einer Lichtwelle um einen bestimmten Winkel beim Durchgang von Licht durch kristalline Körper und einige isotrope Flüssigkeiten wird als Drehung der Polarisationsebene oder optische Aktivität bezeichnet.
Befindet sich die Substanz nicht in einem externen Magnetfeld, ist die optische Aktivität natürlich.
Die natürliche optische Aktivität wurde 1811 von D. Arago auf Quarzplatten entdeckt, die senkrecht zu den optischen Achsen geschnitten wurden.
Lassen Sie den Blick des Beobachters auf den einfallenden Strahl gerichtet sein. Drehungen heißen rechtsdrehend (positiv), wenn sich die Polarisationsebene für den Beobachter nach rechts (im Uhrzeigersinn) dreht, und linksdrehend (negativ), wenn sie sich nach links dreht.
In der Natur gibt es zwei Arten von Quarzkristallen, die spiegelbildlich zueinander sind. Die ersten drehen die Polarisationsebene nach rechts, die anderen nach links und werden als rechts- und linkshändiger Quarz bezeichnet. Der Drehwinkel der Polarisationsebene ist proportional zur Dicke der Schicht der optisch aktiven Substanz:
Abbildung 2.
wobei $l$ die Strahlweglänge in einem optisch aktiven Medium ist; $α$ ist der Proportionalitätskoeffizient, der als Rotationskapazität oder spezifische Rotation bezeichnet wird. Dies hängt von der Art des Stoffes, der Temperatur und der Wellenlänge ab.
Die spezifische Drehung ist gleich dem Winkel, zu dem die Polarisationsebene von monochromatischem Licht zurückkehrt, wenn es durch eine Schicht der Dicke $l$ geht.
Weit entfernt von den Lichtabsorptionsbanden der Substanz erfüllt die Abhängigkeit von Biots Gesetz:
Abbildung 3.
Für optisch aktive Flüssigkeiten und Lösungen stellte J. Biot fest, dass der Drehwinkel der Polarisationsebene direkt proportional zur Schichtdicke $l$ und der Konzentration $C$ der optisch aktiven Substanz ist, d. h.
Abbildung 4.
wobei $[α]$ der Proportionalitätskoeffizient ist, der als spezifische Drehung der Lösung bezeichnet wird. Der Koeffizient hängt von der Art der optisch aktiven Substanz und des Lösungsmittels, der Temperatur und der Wellenlänge des Lichts ab.
Eigenschaften optische Aktivität Lösungen ermöglichen die Bestimmung ihrer Konzentrationen. Die zur Durchführung solcher Messungen verwendeten Instrumente werden Polarimeter genannt. Da die spezifische Drehung einer Zuckerlösung von Bedeutung ist, werden Polarimeter häufig in der Saccharimetrie eingesetzt.
Die Theorie der Rotation der Polarisationsebene durch optisch aktive Substanzen wurde von A. Fresnel entwickelt. Er glaubte, dass dieses Phänomen auf eine besondere Art der Doppelbrechung von Strahlen zurückzuführen ist, bei der die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts im aktiven Medium für Strahlen mit rechts- und linkszirkularer Polarisation unterschiedlich ist. Das Vorzeichen des Drehwinkels der Polarisationsebene wird durch das Verhältnis zwischen den Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Strahlen der rechten Zirkulationspolarisation und der linken Zirkulationspolarisation bestimmt. Für das optisch aktive Medium wird es positiv sein und für es wird es negativ sein.
Am Eintritt in die optisch aktive Substanz wird linear polarisiertes monochromatisches Licht in zwei Wellen gleicher Frequenz zerlegt, die jedoch in zueinander entgegengesetzter Richtung zirkular polarisiert sind:
Abbildung 5.
Die Vektoren und dieser Wellen sind symmetrisch relativ zur $p-p$-Schwingungsebene des einfallenden Lichts.
Beim Verlassen eines optisch aktiven Mediums mit einer Schichtdicke von $l$ nimmt der elektrische Vektor der rechten Zirkulationswelle einen größeren Winkel ein als bei der linken Zirkulationswelle. Dadurch wird die Ebene, zu der die elektrischen Vektoren dieser Wellen symmetrisch liegen, um einen Winkel relativ zur Polarisationsebene der einfallenden Welle nach rechts gedreht.
Die Drehwinkel des elektrischen Vektors der rechten und linken Welle hängen von der Wellenausbreitungszeit $t$ und der Länge ihres Weges im optisch aktiven Medium ab.
Im Jahr 1845 entdeckte M. Faraday, dass sich die Polarisationsebene um einen bestimmten Winkel dreht, wenn sich linear polarisiertes Licht in optisch inaktiven Substanzen in Richtung eines Magnetfelds ausbreitet. Blickt der Beobachter in Richtung des Magnetfeldes, gilt die Drehung nach rechts als positiv, die Drehung nach links als negativ.
Durch Drehung der Polarisationsebene
Zur Bestätigung der Reinheit und Identität der optisch aktiven Substanz wird der spezifische Rotationswert bestimmt. Da die spezifische Drehung von der Konzentration und Art des Lösungsmittels abhängt, sind die Bedingungen für ihre Bestimmung in den entsprechenden Monographien für Arzneimittel angegeben.
In dem Konzentrationsbereich, in dem die spezifische Rotation einen konstanten Wert hat, kann man anhand des Rotationswinkels die Konzentration des Stoffes in der Lösung berechnen:
Hinweis 1
Daraus lässt sich schließen, dass die Polarimetrie als Analysemethode sowohl in der qualitativen als auch in der quantitativen pharmazeutischen Analyse eingesetzt wird.
Bestimmung der Reinheit von Glucose und Ascorbinsäure
Die Bestimmung anhand spezifischer optischer Rotationswerte basiert auf der Messung des Rotationswinkels $(α)$ von Glucose- und Ascorbinsäurelösungen und der Berechnung der spezifischen optischen Rotation. Für 10 % wässrige Lösung Glucose, der spezifische optische Rotationswert reicht von + 51,3° bis + 53,0°; für eine 20 %ige Ascorbinsäurelösung von + 22 ° bis + 24 °.
Die erhaltenen Werte werden mit tabellarischen Daten verglichen und Rückschlüsse auf die Einhaltung der Qualitätsstandards der getesteten Stoffe gezogen.
Identifizierung von Rechts- und Linkskampfer
Diese Definition basiert auf der Messung des Drehwinkels der Polarisationsebene alkoholischer Kampferlösungen. Aus dem Kampferbaum gewonnener Kampfer ist rechtsdrehend, aus Tannenöl ein linksdrehendes Isomer, synthetischer Kampfer ist eine optisch inaktive Substanz. Die spezifische optische Drehung einer 10 %igen Kampferlösung in 95 %igem Alkohol beträgt für rechtsdrehenden Kampfer +41° bis +44°, für linksdrehenden Kampfer -39° bis -44°.
Füllen Sie das polarimetrische Röhrchen mit einer Flüssigkeit oder Lösung bekannter Konzentration solide, wiederholen Sie die oben genannten Vorgänge und bestimmen Sie den Drehwinkel auf der Instrumentenskala. Die Bestimmung des Drehwinkels wird mindestens 5 Mal wiederholt und der Durchschnittswert berechnet. Der Drehwinkel ist die algebraische Differenz zwischen dem erhaltenen Wert und dem Nullpunkt. Der Drehwinkel der vorbereiteten Lösungen mit rechts- und linksdrehendem Kampfer wird gemessen und Rückschlüsse auf die Identifizierung des untersuchten Stoffes gezogen.
Ein Indikator für die Qualität von Kohlenhydratpräparaten ist die spezifische Rotation der Lösungen, die die optische Aktivität charakterisiert. Um eine spezifische Rotation herzustellen, wird Glukose bei 100 - 105 °C bis zur Gewichtskonstanz vorgetrocknet. Der Drehwinkel von Glukose und Milchzucker wird mit einem Polarimeter gemessen, nachdem der Testlösung zuvor zwei Tropfen Ammoniaklösung zugesetzt wurden. Dies beschleunigt den Prozess der Mutarotation. Es ist mit der Herstellung eines Gleichgewichts bei der Bildung zweier Epimere verbunden. Dadurch entsteht ein Durchschnittswert der spezifischen Rotation der Glucoselösung.
2. Der Prozess der Epimerisierung von Milchzucker erfolgt auf ähnliche Weise. Unter Einwirkung von Säure oder dem Enzym Invertase wird Saccharose hydrolysiert. Die resultierende Mischung aus D-Glucose und D-Fructose wird Invertzucker genannt. Diese Mischung ist linksdrehend, da ihre optischen Eigenschaften durch die spezifische Drehung von Glucose (+52,5°) und linksdrehender Fructose (-93°) entstehen.
Glukose – spezifische Drehung von + 52 bis + 53° (10 % wässrige Lösung).
Milchzucker – spezifische Drehung von + 52 bis + 53,5° (5 %ige wässrige Lösung).
Saccharose – spezifische Drehung von + 66,5 bis + 66,8° (10 %ige wässrige Lösung).
3. Authentizität Glukose und Laktose werden durch Erhitzen von Lösungen von Präparaten mit Fehling-Reagenz zum Sieden hergestellt. In diesem Fall bildet Glucose einen ziegelroten Niederschlag aus Kupfer(I)-oxid. Laktose ergibt unter den gleichen Bedingungen einen gelben Niederschlag, der sich bräunlich-rot verfärbt. Saccharose reduziert im Gegensatz zu Glucose und Lactose das Fehling-Reagenz nicht.
4. Wenn Glukose und Laktose einer Ammoniaklösung aus Silbernitrat ausgesetzt werden, wird ein schwarzer Silberniederschlag freigesetzt.
Saccharose reagiert nicht positiv mit Phenylhydrazin.
7. Unter dem Einfluss von Mineralsäuren oder Oxalsäure Mono- und Disaccharide werden beim Erhitzen in einem Reagenzglas auf einer Brennerflamme in Furfural oder seine Derivate umgewandelt (Disaccharide werden zunächst zu Monosacchariden hydrolysiert). Aus Hexosen (Glucose) entsteht Hydroxymethylfurfural und aus Pentosen (Fructose) - Furfural:
Furfural oder Hydroxymethylfurfural sind flüchtige Verbindungen und interagieren mit Anilin oder Novocain, die auf Filterpapier aufgetragen werden, das das Reagenzglas bedeckt. Zunächst entstehen Schiffsche Basen, die eine hellgelbe Farbe haben, dann öffnet sich der Furanring und es entsteht ein Polymethinfarbstoff – ein Derivat des Oxyglutaconsäurealdehyds (himbeerviolette Farbe):
9. Das Vorhandensein von Hydroxylgruppen kann auch durch eine Acetylierungsreaktion nachgewiesen werden.
10. Die Bestimmung der Echtheit von Stärke erfolgt: Durch Eingießen einer Mischung aus Stärke und Wasser (1:5) in 100 ml kochendes Wasser unter ständigem Rühren und anschließendes Kochen für 2-3 Minuten entsteht eine leicht transparente weißliche Paste mit Es entsteht ein bläulicher Farbton einer neutralen oder leicht sauren Reaktion.
Durch Zugabe von 1 Tropfen 0,5 %iger Jodlösung zum abgekühlten Stärkekleister entsteht eine blaue Farbe.
Stärkekleister wird als Indikator bei der iodometrischen Titration verwendet.
Spezifische Drehung der Polarisationsebene optisch Wirkstoff ist definiert als der Rotationswinkel pro Dickeneinheit des beleuchteten Materials:
Gemessen wird der Drehwinkel in Winkelgraden und die Schichtdicke l- in mm, dann beträgt das spezifische Rotationsmaß [Grad/mm].
Dementsprechend wird die spezifische Drehung einer optisch aktiven Flüssigkeit (keine Lösung) mit einer Dichte c [g/cm 3 ] durch den Ausdruck bestimmt
Da die optische Aktivität von Flüssigkeiten viel geringer ist als die optische Aktivität Feststoffe, und die Dicke der Flüssigkeitsschicht wird in Dezimetern gemessen, dann hat die spezifische Rotation von Flüssigkeiten die Dimension [Grad cm-3 / (dm g)].
Spezifische Drehung einer Lösung einer optisch aktiven Substanz in einem optisch inaktiven Lösungsmittel mit der Konzentration MIT(g/100 ml) Lösung wird durch die Formel bestimmt
In der organischen Chemie wird der Wert der molaren Drehung auch als eine Art spezifischer Drehung verwendet.
Bestimmung der Konzentration gelöster optisch aktiver Substanzen anhand der Ergebnisse der Messung des Drehwinkels b [Grad] bei gegebener Schichtdicke l[dm] für eine bestimmte Wellenlänge [nm] ergibt sich aus der Biot-Gleichung (1831):
Im Bereich niedriger Konzentrationen ist das Biotsche Gesetz fast immer erfüllt, während es bei hohen Konzentrationen zu erheblichen Abweichungen kommt
Störfaktoren bei polarimetrischen Messungen
Bei jeder Brechung und Reflexion an einer Oberfläche, die nicht senkrecht zur Lichtrichtung steht, ändert sich der Polarisationszustand des einfallenden Lichts. Daraus folgt, dass jede Art von Trübungen und Blasen in der Prüfsubstanz aufgrund der Vielzahl an Oberflächen die Polarisation stark reduziert und die Empfindlichkeit der Messung unter ein akzeptables Maß sinken kann. Gleiches gilt für Verschmutzungen und Kratzer an den Küvettenfenstern und dem Schutzglas der Lichtquelle.
Durch thermische und mechanische Spannungen in den Schutzgläsern und Küvettenfenstern kommt es zur Doppelbrechung und damit zu einer elliptischen Polarisation, die sich dem Messergebnis in Form einer scheinbaren Rotation überlagert. Da diese Phänomene in den meisten Fällen unkontrollierbar und zeitlich nicht konstant sind, sollte darauf geachtet werden, dass keine mechanischen Spannungen in den optischen Elementen auftreten.
Die starke Abhängigkeit der optischen Aktivität von der Wellenlänge (Rotationsdispersion), die beispielsweise für Saccharose im sichtbaren Lichtbereich 0,3 %/nm beträgt, zwingt zur Verwendung extrem schmaler Spektralbänder in der Polarimetrie, die normalerweise nur in der Interferometrie erforderlich ist. Die Polarimetrie ist eine der empfindlichsten optischen Messmethoden (das Verhältnis der Empfindlichkeitsschwelle zum Messbereich beträgt 1/10000), daher kann für vollwertige polarimetrische Messungen nur streng monochromatisches Licht, also isolierte Linien des Spektrums, verwendet werden verwendet werden. Brenner Hochdruck, die eine hohe Lichtintensität liefern, sind aufgrund der Ausdehnung für die Polarimetrie ungeeignet Spektrallinien mit einer Druckänderung und einem erhöhten Anteil des kontinuierlichen Strahlungshintergrunds für diesen Fall. Die Verwendung breiterer Spektralbänder ist nur für Instrumente möglich, die eine Kompensation der Rotationsdispersion ermöglichen, wie zum Beispiel bei Instrumenten mit Kompensation durch einen Quarzkeil (Saccharimeter mit Quarzkeil) und Instrumenten mit Kompensation durch den Faraday-Effekt. Geräte mit Quarzkeil haben bei der Messung von Saccharose nur begrenzte Kompensationsmöglichkeiten. Durch die Kompensation des Faraday-Effekts durch geeignete Materialauswahl können verschiedene Anforderungen an die Rotationsdispersion gestellt werden; Eine Universalität der eingesetzten Methoden lässt sich jedoch nicht erreichen.
Bei der Messung mit einer endlichen spektralen Bandbreite in der Nähe der Absorptionsbanden kommt es unter dem Einfluss der Absorption zu einer Verschiebung des effektiven Schwerpunkts der Wellenlängenverteilung, was zu einer Verzerrung der Messergebnisse führt, woraus folgt, dass dies bei der Untersuchung absorbierender Substanzen erforderlich ist mit streng monochromatischer Strahlung zu arbeiten.
Bei der Überwachung schnell fließender, kontinuierlicher Lösungsflüsse kann die elliptische Polarisation, die aus der doppelten Lichtbrechung durch den Fluss resultiert, die Empfindlichkeit polarimetrischer Messmethoden beeinträchtigen und zu groben Fehlern führen. Diese Schwierigkeiten können nur durch eine sorgfältige Strömungsformung beseitigt werden, indem beispielsweise für eine laminare Parallelströmung in den Küvetten gesorgt und deren Geschwindigkeit verringert wird. Polarisationslichtrotation optisch
Optisch aktive Substanzen besitzen optische Aktivität, also die Fähigkeit, die Polarisationsebene eines polarisierten Lichtstrahls zu drehen. Die optische Aktivität von Verbindungen beruht auf der Chiralität ihrer Moleküle und dem Fehlen von Symmetrieelementen.
Abhängig von der Art der optisch aktiven Verbindung kann die Drehung der Polarisationsebene in Richtung und Drehwinkel variieren. Wenn sich die Polarisationsebene im Uhrzeigersinn dreht, wird die Drehrichtung durch ein „+“-Zeichen angezeigt, bei Gegenuhrzeigersinn durch ein „-“-Zeichen. Im ersten Fall wird die Substanz als rechtsdrehend bezeichnet, im zweiten Fall als linksdrehend. Der Betrag der Abweichung der Polarisationsebene von der Ausgangsposition, ausgedrückt in Winkelgraden, wird als Drehwinkel bezeichnet und mit dem griechischen Buchstaben a bezeichnet.
Der Drehwinkel hängt von der Art und Dicke der optisch aktiven Substanz, der Temperatur, der Art des Lösungsmittels und der Wellenlänge des Lichts ab.
Zur vergleichenden Beurteilung der Fähigkeit verschiedener Stoffe, die Polarisationsebene des Lichts zu drehen, wird die spezifische Drehung [a]D> berechnet. .Veeey-Rotation ist eine Konstante einer optisch aktiven Substanz, die Drehung der Polarisationsebene von monochromatischem Licht, die durch eine 1 dm dicke Schicht einer optisch aktiven Substanz verursacht wird, umgerechnet auf den Gehalt von 1 g Substanz in 1 ml Volumen:
wobei a der gemessene Drehwinkel in Grad ist; D ist die Wellenlänge von monochromatischem Licht; t ist die Temperatur, bei der die Messung durchgeführt wurde; / - Schichtdicke, dm; C ist die Konzentration der Lösung, ausgedrückt in Gramm Substanz pro 100 ml Lösung.
Typischerweise wird die spezifische Drehung bei 20 °C und einer Wellenlänge bestimmt, die der Natrium-D-Linie (À, = 589,3 nm) entspricht.
Für flüssige Stoffe spezifische Rotation
Dabei ist d die Dichte der flüssigen Substanz, g/ml.
Anstelle der spezifischen Rotation wird oft das molare e-ù^Hèe berechnet (mit der folgenden Formel:
bis 100 "wobei M das Molekulargewicht ist.
Der Drehwinkel wird mit dem Iolarimeyag-Roe (Abb. 1.101) gemessen, wodurch Sie Ergebnisse mit einer Genauigkeit von ±0,02° erhalten.
Das Funktionsprinzip des Polarimeters ist wie folgt: Ein von einer Quelle – Natriumlampe 1 – emittierter Streulichtstrahl durchläuft einen Polarisator 3 (Nicolas-Prismen) und wird in einen linear polarisierten Strahl umgewandelt. Dieser Strahl unterscheidet sich vom natürlichen dadurch, dass die Schwingungen der elektromagnetischen Feldvektoren in einer Ebene, der sogenannten Polarebene, auftreten
Reis. 1.101. Polarimeter:
1 - Lichtquelle; 2 - dichromatischer Filter; 3 - polarisierende Nicolas-Prismen (Polarisator); 4 - Küvette mit einer Lösung der Substanz; 5 - Nicolas Analyseprisma (Analysator); 6 - Skala; 7 - Okular; 8 - Steuergriff des Analysators
tionen. Im Weg des polarisierten Strahls wird eine Küvette mit einer optisch aktiven Substanz 4 platziert, die in der Lage ist, die Polarisationsebene um einen bestimmten Winkel nach links oder rechts zu drehen. Um den Drehwinkel a zu messen, wird ein weiteres Nicolas-Prisma montiert – Analysator 5. Durch Drehen nach rechts oder links wird eine vollständige Auslöschung des passierenden Lichtstrahls erreicht. Der Winkel, um den der Analysator gedreht wurde, stellt die beobachtete optische Drehung dar. Der Winkelwert wird auf einer Skala von 6 erfasst.
Messtechnik. Zunächst wird die Nullposition der Prismen eingestellt. Dazu wird eine leere Küvette 4 in das Gerät eingesetzt, wenn eine reine flüssige Substanz untersucht werden soll, oder ein mit einem Lösungsmittel gefülltes Röhrchen. Wenn das Gerät über einen eingebauten Gelbfilter verfügt, wird vor dem Gerät eine Glühbirne 1 installiert. Anschließend werden die Analysatorprismen in eine Position gebracht, in der beide Gesichtsfelder gleichmäßig ausgeleuchtet sind. Dies wird dreimal wiederholt und aus den erhaltenen Messwerten der Mittelwert gebildet, der als Nullposition der Prismen gilt. Danach wird ein Röhrchen mit der Testlösung oder -flüssigkeit platziert und wie oben angegeben die Polarimetermessungen vorgenommen.
Vorbereitung der Lösung. Eine sorgfältig abgewogene Probe mit einem Gewicht von 0,1–0,5 g wird in einem Messkolben in 25 ml Lösungsmittel gelöst. Typischerweise werden Wasser, Ethanol und Chloroform als Lösungsmittel verwendet. Die Lösung sollte transparent, frei von unlöslichen Schwebstoffen und möglichst farblos sein. Wenn eine undurchsichtige Lösung erhalten wird, muss diese durch einen Papierfilter filtriert werden, der erste Teil des Filtrats verworfen, der zweite Teil des polarimetrischen Röhrchens gefüllt und mit der Bestimmung fortgefahren werden.
Füllen der polarimetrischen Röhre. Ein Ende der polarimetrischen Zelle 4 (Abb. 1.101) wird mit einer Düse eingeschraubt. Das Röhrchen wird senkrecht gestellt und mit Lösung gefüllt, bis sich über dem oberen Ende des Röhrchens ein runder Meniskus bildet. Über das Ende des Röhrchens wird eine Glasplatte gestülpt, damit keine Luftblasen im Röhrchen zurückbleiben, und anschließend wird die Messingdüse aufgeschraubt.
Achtung/ Zwischen Glas und Messingdüse befindet sich ein Gummipolster. & kann nicht zwischen dem Ende des Glasrohrs und der Glasauskleidung platziert werden, da sonst der Glas-zu-Glas-Kontakt unterbrochen wird.
Das mit der Lösung gefüllte polarimetrische Röhrchen wird in das Polarimeter gestellt und die Drehung wird durch Ablesen der Skala gemessen. Es werden mindestens drei Messungen durchgeführt und die ermittelten Daten gemittelt. Die beobachtete Drehung wird als Differenz zwischen den erhaltenen und berechnet Nullwerte. Dieses Ergebnis wird verwendet, um die spezifische Drehung mithilfe einer der angegebenen Formeln zu berechnen. Die berechneten Werte von [a]^ werden mit Literaturdaten verglichen.
PRAKTIKUM
Übung. Bestimmen Sie die spezifische Rotation der folgenden Substanzen in Wasser bei 20 °C: Glucose, X)-Ribose, X-Ascorbinsäure, Arbutin, Maltose, Saccharose, Glykogen, β-Ascorbinsäure.