ოპტიკური ბრუნვის განსაზღვრა. სპეციფიკური ბრუნვის მუდმივის და შაქრის ხსნარის კონცენტრაციის განსაზღვრა სპეციფიკური ბრუნვის მნიშვნელობა

პოლარიმეტრია არის ოპტიკური კვლევის მეთოდი, რომელიც დაფუძნებულია ოპტიკურად აქტიური ნაერთების უნარზე, მოატრიალონ ვიბრაციის სიბრტყე წრფივად. პოლარიზებული შუქი(იხ. იზომერიზმი).

მანათობელი სხეულების ატომები და მოლეკულები ასხივებენ ელექტრომაგნიტური ტალღები. როდესაც სრული დარღვევაა ამ ნაწილაკების განლაგებაში, სხეულები ასხივებენ ეგრეთ წოდებულ ბუნებრივ შუქს, რომლის დროსაც ელექტრული (ან მაგნიტური) ველის სიძლიერის ვექტორების რხევა ხდება ყველა სიბრტყეში, რომელიც გადის სინათლის ტალღის გავრცელების მიმართულებით. ველის რხევების მიმართულებით წესრიგს სინათლის პოლარიზაცია ეწოდება. ასეთ სინათლეს, რომელშიც ელექტრული (მაგნიტური) ველების ინტენსივობის რხევები ხდება ერთ სიბრტყეში, ეწოდება სიბრტყის პოლარიზებული სინათლე, ხოლო სიბრტყეს, რომელშიც ინტენსივობა რხევა. მაგნიტური ველისინათლის სხივები, - პოლარიზაციის სიბრტყე. პოლარიზებული სინათლე შეიძლება წარმოიქმნას ბუნებრივი სინათლის გავლის გზით სპეციალური კრისტალებისგან დამზადებულ პოლარიზებულ პრიზმებში. ასეთ კრისტალებს მიეკუთვნება ისლანდიური სპარის კრისტალები, საიდანაც ჩვეულებრივ ამზადებენ პოლარიზებულ პრიზმებს (ნიკოლის პრიზმებს). როდესაც პოლარიზებული სინათლე გადის ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების ხსნარში, პოლარიზაციის სიბრტყე ბრუნავს, მაგრამ მისი აღმოჩენა შესაძლებელია მხოლოდ მეორე მსგავსი პოლარიზებული პრიზმის (ანალიზატორის) გამოყენებით. პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის შესწავლა გამოიყენება ოპტიკურად აქტიური ნაერთების სტრუქტურის შესასწავლად, აგრეთვე მათი რაოდენობრივი განსაზღვრისათვის. ოპტიკური აქტივობა ხასიათდება სპეციფიკური ბრუნვის [α] მნიშვნელობით, ანუ ხსნარის პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის კუთხით, რომელიც შეიცავს 1 გ ოპტიკურად აქტიურ ნაერთს 1 მლ-ში თხევადი ფენის სისქით 1 დმ.

სპეციფიკური ბრუნვა გამოითვლება მოცემული ნაერთის ხსნარის ბრუნვის მოცულობიდან ცნობილი პროცენტული კონცენტრაციით:

[α] = α100/ლ·C
სადაც α არის ბრუნვის კუთხე გრადუსებში, C არის კონცენტრაცია %, l არის ხსნარის ფენის სისქე dm-ში. სპეციფიკური ბრუნვა იცვლება ტემპერატურისა და სინათლის ტალღის სიგრძის მიხედვით. ამიტომ, განსაზღვრა ხორციელდება მონოქრომატულ შუქზე გარკვეულ ტემპერატურაზე. ტალღის სიგრძე და ტემპერატურა აღინიშნება [a]-ზე. მოცემული ნაერთის სპეციფიკური ბრუნვის ცოდნა საცნობარო ცხრილებიდან და ამ ნაერთის ხსნარის ბრუნვის კუთხის განსაზღვრა, ადვილია კონცენტრაციის გამოთვლა:

C = α100/[α]ლ
ხსნარი არ უნდა შეიცავდეს სხვა ოპტიკურად აქტიურ ნაერთებს.

პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის დასადგენად გამოიყენება ოპტიკური ინსტრუმენტები-პოლარიმეტრები. პოლარიმეტრი (ნახ. 1) შედგება ორი პოლარიზებული პრიზმისგან: ფიქსირებული - პოლარიზატორი და მბრუნავი - ანალიზატორი და საცდელი ხსნარით მილი. ბრუნვის კუთხე შეიძლება განისაზღვროს ანალიზატორის მთელი ხედვის ველის თანაბარ განათებაზე დაყენებით, ჯერ ხსნარის გარეშე, შემდეგ კი ოპტიკურად აქტიური ნაერთის ხსნარით. ამ შემთხვევაში ანალიზატორი უნდა შემოტრიალდეს შესასწავლი ხსნარის პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის კუთხით ტოლი კუთხით. ბრუნვის კუთხე იზომება წრეში დაყოფებით (ლიმბო). თუ ხსნარით მილის დამონტაჟების შემდეგ ანალიზატორი ბრუნავს საათის ისრის მიმართულებით, მაშინ ვსაუბრობთ მარჯვნივ (+), თუ საათის ისრის საწინააღმდეგოდ, ვსაუბრობთ მარცხენა (-) ბრუნვაზე. სიზუსტის გასაუმჯობესებლად, პოლარიმეტრები აღჭურვილია დამატებითი კვარცის ნაწილებით. ზოგიერთ პოლარიმეტრში ხსნარის დაყენების შემდეგ განათების გასწორება და ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების კონცენტრაციის გაზომვა ხორციელდება კვარცის სოლის წრფივი მოძრაობით. ჩვეულებრივი პოლარიმეტრების სიზუსტეა 0,05°. მონოქრომატული სინათლის მისაღებად ჩვეულებრივ გამოიყენება ფილტრები. პოლარიმეტრიის მეთოდი ფართოდ გამოიყენება ლაბორატორიებში; კლინიკურ ლაბორატორიებში და ლაბორატორიებში კვების მრეწველობაპოლარიმეტრიის მეთოდი გამოიყენება შაქრის შემცველობის დასადგენად. პოლარიმეტრებს, რომლებიც გამოიყენება ლერწმის შაქრის შემცველობის დასადგენად, ეწოდება საქარიმეტრები (ნახ. 2).

ბრინჯი. 1. სხვადასხვა ტიპის პოლარიმეტრების სქემები: ა - სისტემა ორი ბიკვარცის ფირფიტით; ბ - პენუმბრალური ნიკოლით; გ - პენუმბრა ორი ნიკოლით. 1 - პოლარიზატორი; 1" და 1" - ნიკოლი; 2 - ბიკვარცის ფირფიტა; 3 - მილის ხსნარით; 4 - ანალიზატორი (მარჯვნივ - პოლარიმეტრის ველების განათების დიაგრამები).

ბრინჯი. 2. სოლი პოლარიმეტრი-საქარიმეტრი SOK (დიაგრამა): 1 - ილუმინატორი; 2 - სინათლის ფილტრი; 3 - დიაფრაგმა; 4 - ობიექტივი; 5 - ნიკოლი; 6-ტუბი სატესტო ხსნარისთვის; 7 - ფიქსირებული კვარცის სოლი; 8 - მოძრავი კვარცის სოლი; 9 - ანალიზატორი; 10-თვალური; 11 - საფარი; 12 - ხრახნიანი; 13 - გამადიდებელი მინა.

ამ ნივთიერების კონფიგურაცია შეიძლება დაკავშირებული იყოს ღვინის მჟავის კონფიგურაციებთან და შემდგომ გლიცერალდეჰიდთან.

პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვა

სინათლის ტალღის პოლარიზაციის სიბრტყის გარკვეული კუთხით ბრუნვის ფენომენს, როდესაც სინათლე გადის კრისტალურ სხეულებსა და ზოგიერთ იზოტროპულ სითხეში, ეწოდება პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვა ან ოპტიკური აქტივობა.

თუ ნივთიერება არ არის გარე მაგნიტურ ველში, მაშინ ოპტიკური აქტივობა ბუნებრივი იქნება.

ბუნებრივი ოპტიკური აქტივობა აღმოაჩინა დ.არაგომ 1811 წელს კვარცის ფირფიტებზე, რომლებიც ოპტიკური ღერძების პერპენდიკულურად იყო მოჭრილი.

დაე, დამკვირვებლის მზერა მიმართული იყოს ინციდენტის სხივისკენ. ბრუნვას უწოდებენ მემარჯვენე (დადებითი), თუ პოლარიზაციის სიბრტყე ბრუნავს მარჯვნივ (საათის ისრის მიმართულებით) დამკვირვებლისთვის და მარცხენა (უარყოფითი) თუ ბრუნავს მარცხნივ.

ბუნებაში არსებობს კვარცის კრისტალების ორი ტიპი, რომლებიც ერთმანეთის სარკისებური გამოსახულებაა. პირველები აბრუნებენ პოლარიზაციის სიბრტყეს მარჯვნივ, დანარჩენებს - მარცხნივ და უწოდებენ მარჯვენა და მარცხენა კვარცს. პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის კუთხე პროპორციულია ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების ფენის სისქის:

სურათი 2.

სადაც $l$ არის სხივის ბილიკის სიგრძე ოპტიკურად აქტიურ გარემოში; $α$ არის პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც ბრუნვის სიმძლავრე ან სპეციფიკური ბრუნვა ეწოდება. ეს დამოკიდებულია ნივთიერების ბუნებაზე, ტემპერატურაზე და ტალღის სიგრძეზე.

სპეციფიკური ბრუნვა უდრის იმ კუთხს, რომლითაც ბრუნდება მონოქრომატული სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყე $l$ სისქის ფენის გავლისას.

ნივთიერების სინათლის შთანთქმის ზოლებისგან შორს, დამოკიდებულება აკმაყოფილებს ბიოტის კანონს:

სურათი 3.

ოპტიკურად აქტიური სითხეებისა და ხსნარებისთვის ჯ. ბიოტმა დაადგინა, რომ პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის კუთხე პირდაპირპროპორციულია $l$ ფენის სისქისა და ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების $C$ კონცენტრაციისა, ე.ი.

სურათი 4.

სადაც $[α]$ არის პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც ეწოდება ამონახსნის სპეციფიკური ბრუნვა. კოეფიციენტი დამოკიდებულია ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებისა და გამხსნელის ბუნებაზე, ტემპერატურასა და სინათლის ტალღის სიგრძეზე.

თვისებები ოპტიკური აქტივობახსნარები შესაძლებელს ხდის მათი კონცენტრაციის განსაზღვრას. ინსტრუმენტებს, რომლებიც გამოიყენება ასეთი გაზომვების განსახორციელებლად, ეწოდება პოლარიმეტრი. ვინაიდან შაქრის ხსნარის სპეციფიკური როტაცია მნიშვნელოვანია, პოლარიმეტრები ფართოდ გამოიყენება საქარმეტრიაში.

ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებებით პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის თეორია შეიმუშავა ა.ფრენელმა. მას სჯეროდა, რომ ეს ფენომენი განპირობებულია სხივების ორმაგი რეფრაქციის სპეციალური ტიპის გამო, რომლის დროსაც სინათლის გავრცელების სიჩქარე აქტიურ გარემოში განსხვავებულია მარჯვენა და მარცხენა წრიული პოლარიზაციის მქონე სხივებისთვის. პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის კუთხის ნიშანი განისაზღვრება მარჯვენა ცირკულაციის პოლარიზაციის სხივებისა და მარცხენა ცირკულაციის პოლარიზაციის სხივების გავრცელების სიჩქარის თანაფარდობით. ოპტიკურად აქტიური გარემოსთვის დადებითი იქნება, ხოლო მისთვის უარყოფითი.

ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების შესასვლელთან, ხაზოვანი პოლარიზებული მონოქრომატული სინათლე იშლება ერთი და იგივე სიხშირის ორ ტალღად, მაგრამ წრიულად პოლარიზებულია ურთიერთსაპირისპირო მიმართულებით:

სურათი 5.

ვექტორები და ამ ტალღების სიმეტრიული შეფარდებითი შუქის $p - p$ რხევების სიბრტყის მიმართ.

$l$ ფენის სისქის ოპტიკურად აქტიური გარემოდან გასვლისას, მარჯვენა ცირკულაციის ტალღის ელექტრული ვექტორი უბრუნდება უფრო დიდ კუთხეს, ვიდრე მარცხენა ცირკულაციის ტალღისთვის. შედეგად, სიბრტყე, რომლის მიმართაც ამ ტალღების ელექტრული ვექტორები განლაგებულია სიმეტრიულად, ბრუნავს მარჯვნივ კუთხით ინციდენტის ტალღის პოლარიზაციის სიბრტყის მიმართ.

მარჯვენა და მარცხენა ტალღების ელექტრული ვექტორის ბრუნვის კუთხეები დამოკიდებულია ტალღის გავრცელების დროზე $t$ და მათი ბილიკის სიგრძეზე ოპტიკურად აქტიურ გარემოში.

1845 წელს მ. ფარადეიმ აღმოაჩინა, რომ როდესაც ხაზოვანი პოლარიზებული სინათლე ვრცელდება ოპტიკურად არააქტიურ ნივთიერებებში მაგნიტური ველის მიმართულებით, პოლარიზაციის სიბრტყე ბრუნავს გარკვეული კუთხით. თუ დამკვირვებელი იყურება მაგნიტური ველის მიმართულებით, მაშინ მარჯვნივ მოხვევა ითვლება დადებითად, მარცხნივ მოხვევა უარყოფითი.

პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის გამოყენებით

სპეციფიკური ბრუნვის მნიშვნელობა განისაზღვრება ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების სისუფთავისა და იდენტურობის დასადასტურებლად. ვინაიდან სპეციფიკური ბრუნვა დამოკიდებულია გამხსნელის კონცენტრაციაზე და ბუნებაზე, მისი განსაზღვრის პირობები მოცემულია წამლების შესაბამის მონოგრაფიაში.

კონცენტრაციის დიაპაზონში, რომელშიც სპეციფიკური ბრუნვა არის მუდმივი მნიშვნელობა, ბრუნვის კუთხის გამოყენებით, შეგიძლიათ გამოთვალოთ ნივთიერების კონცენტრაცია ხსნარში:

შენიშვნა 1

ამრიგად, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ პოლარიმეტრია, როგორც ანალიზის მეთოდი, გამოიყენება როგორც ხარისხობრივ, ასევე რაოდენობრივ ფარმაცევტულ ანალიზში.

გლუკოზისა და ასკორბინის მჟავის სისუფთავის განსაზღვრა

ოპტიკური ბრუნვის სპეციფიკური მნიშვნელობებით განსაზღვრა ემყარება გლუკოზისა და ასკორბინის მჟავას $(α)$ ბრუნვის კუთხის გაზომვას და სპეციფიკური ოპტიკური ბრუნვის გამოთვლას. 10%-ისთვის წყალხსნარიგლუკოზა, სპეციფიკური ოპტიკური ბრუნვის მნიშვნელობა მერყეობს + 51,3 ° -დან + 53,0 ° -მდე; ასკორბინის მჟავას 20% ხსნარისთვის + 22 ° -დან + 24 ° -მდე.

მიღებული მნიშვნელობები შედარებულია ცხრილის მონაცემებთან და კეთდება დასკვნები ტესტირებადი ნივთიერებების ხარისხის სტანდარტებთან შესაბამისობის შესახებ.

დექსტრო- და ლაევორატორული კამფორის იდენტიფიცირება

ეს განმარტება ეფუძნება ქაფურის ალკოჰოლური ხსნარების პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის კუთხის გაზომვას. ქაფურის ხისგან მიღებული კამფორი ბრუნავს მარჯვნივ, ნაძვის ზეთიდან არის მარცხენა იზომერი, სინთეზური ქაფური ოპტიკურად არააქტიური ნივთიერებაა. კამფორის 10%-იანი ხსნარის სპეციფიკური ოპტიკური ბრუნვა 95%-იან ალკოჰოლში მარჯვენა მბრუნავი ქაფურისთვის არის + 41 °-დან + 44 °-მდე, მარცხენა მბრუნავი ქაფურისთვის -39 °-დან -44 °-მდე.

შეავსეთ პოლარიმეტრიული მილი სითხით ან ცნობილი კონცენტრაციის ხსნარით მყარი, გაიმეორეთ ზემოაღნიშნული მოქმედებები და დაადგინეთ ბრუნის კუთხე ინსტრუმენტის სასწორზე. ბრუნვის კუთხის განსაზღვრა მეორდება მინიმუმ 5-ჯერ და გამოითვლება მისი საშუალო მნიშვნელობა. ბრუნვის კუთხე არის ალგებრული სხვაობა მიღებულ მნიშვნელობასა და ნულოვან წერტილს შორის. გაზომილია მომზადებული ხსნარების ბრუნვის კუთხე მარჯვენა და მარცხენა მბრუნავი კამფორით და გამოტანილია დასკვნები შესასწავლი ნივთიერების იდენტიფიკაციის შესახებ.

ნახშირწყლების პრეპარატების ხარისხის მაჩვენებელია ხსნარების სპეციფიკური ბრუნვა, რომელიც ახასიათებს ოპტიკურ აქტივობას. სპეციფიკური ბრუნვის დასადგენად, გლუკოზა წინასწარ აშრობს 100 - 105°C ტემპერატურაზე მუდმივ წონამდე. გლუკოზისა და რძის შაქრის ბრუნვის კუთხე იზომება პოლარიმეტრის გამოყენებით ტესტის ხსნარში ამიაკის ხსნარის ორი წვეთი წინასწარი დამატების შემდეგ. ეს აჩქარებს მუტაროტაციის პროცესს. იგი დაკავშირებულია წონასწორობის დამყარებასთან ორი ეპიმერის ფორმირებაში. ეს ქმნის გლუკოზის ხსნარის სპეციფიკური ბრუნვის საშუალო მნიშვნელობას.

2. რძის შაქრის ეპიმერიზაციის პროცესი ანალოგიურად ტარდება მჟავას ან ფერმენტ ინვერტაზის ზემოქმედებით საქაროზას ჰიდროლიზება. D-გლუკოზის და D-ფრუქტოზის მიღებულ ნარევს ინვერტული შაქარი ეწოდება. ეს ნარევი მაბრუნავია, რადგან მისი ოპტიკური თვისებები წარმოიქმნება გლუკოზის (+52,5°) და ლევოროტორული ფრუქტოზის (-93°) სპეციფიკური ბრუნვის გამო.

გლუკოზა - სპეციფიკური ბრუნვა + 52-დან + 53°-მდე (10% წყალხსნარი).

რძის შაქარი - სპეციფიკური ბრუნვა + 52-დან + 53,5°-მდე (5% წყალხსნარი).

საქაროზა - სპეციფიკური ბრუნვა + 66,5-დან + 66,8°-მდე (10% წყალხსნარი).

3. ავთენტურობაგლუკოზა და ლაქტოზა იქმნება პრეპარატების ხსნარების ადუღებამდე გაცხელებით Fehling-ის რეაგენტით. ამ შემთხვევაში, გლუკოზა ქმნის სპილენძის (I) ოქსიდის აგურის წითელ ნალექს. ლაქტოზა იმავე პირობებში იძლევა ყვითელ ნალექს, რომელიც მოყავისფრო-წითელ ფერს იღებს. საქაროზა, გლუკოზისა და ლაქტოზასგან განსხვავებით, არ ამცირებს ფელინგის რეაგენტს.

4. როდესაც გლუკოზა და ლაქტოზა ექვემდებარება ვერცხლის ნიტრატის ამიაკის ხსნარს, გამოიყოფა ვერცხლის შავი ნალექი.

საქაროზა დადებითად არ რეაგირებს ფენილჰიდრაზინთან.

7. მინერალური მჟავების ზემოქმედებით ან ოქსილის მჟავამონო- და დისაქარიდები გარდაიქმნება სინჯარის ცეცხლზე საცდელ მილში გაცხელებისას ფურფურალად ან მის წარმოებულებად (დისაქარიდები ჯერ ჰიდროლიზდება მონოსაქარიდებად). ჰექსოზებიდან (გლუკოზა) წარმოიქმნება ჰიდროქსიმეთილფურფურალი, ხოლო პენტოზებისგან (ფრუქტოზა) - ფურფურალი:

ფურფურალი ან ჰიდროქსიმეთილფურფურალი, როგორც აქროლადი ნაერთები, ურთიერთქმედებს ანილინთან ან ნოვოკაინთან, რომელიც გამოიყენება ფილტრის ქაღალდზე, რომელიც ფარავს ტესტის მილს. ჯერ იქმნება შიფის ფუძეები, რომლებსაც აქვთ ღია ყვითელი ფერი, შემდეგ კი ფურანის რგოლი იხსნება და მიიღება პოლიმეტინის საღებავი - ოქსიგლუტაკონური ალდეჰიდის წარმოებული (ჟოლო-იისფერი ფერი):

9. ჰიდროქსილის ჯგუფების არსებობა ასევე შეიძლება დადასტურდეს აცეტილირების რეაქციით.

10. სახამებლის ავთენტურობის დადგენა ხდება: 100 მლ მდუღარე წყალში ჩასხმით სახამებლისა და წყლის ნარევის მუდმივი მორევით (1:5) და შემდგომ 2-3 წუთის განმავლობაში ხარშვით, ოდნავ გამჭვირვალე მოთეთრო პასტა. იქმნება ნეიტრალური ან ოდნავ მჟავე რეაქციის მოლურჯო ელფერი.

გაცივებულ სახამებლის პასტაში 1 წვეთი 0,5% იოდის ხსნარის დამატებით ჩნდება ლურჯი ფერი.

სახამებლის პასტა გამოიყენება როგორც ინდიკატორი იოდომეტრიულ ტიტრაციაში.

პოლარიზაციის სიბრტყის სპეციფიკური ბრუნვა ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებაგანისაზღვრება, როგორც ბრუნვის კუთხე გამოკვლეული მასალის სისქეზე:

თუ ბრუნვის კუთხე იზომება კუთხოვანი გრადუსით და ფენის სისქეში ლ- მმ-ში, მაშინ კონკრეტული ბრუნვის განზომილება იქნება [deg/mm].

შესაბამისად, ოპტიკურად აქტიური სითხის (არა ხსნარის) სპეციფიკური ბრუნვა c [გ/სმ 3] სიმკვრივით განისაზღვრება გამოხატულებით

ვინაიდან სითხეების ოპტიკური აქტივობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე ოპტიკური აქტივობა მყარიდა თხევადი ფენის სისქე იზომება დეციმეტრებში, შემდეგ სითხეების სპეციფიკურ ბრუნვას აქვს განზომილება [გრადუსი სმ-3 / (დმ გ)].

ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების ხსნარის სპეციფიკური როტაცია ოპტიკურად არააქტიურ გამხსნელში კონცენტრაციით თან(გ/100 მლ) ხსნარი განისაზღვრება ფორმულით

ორგანულ ქიმიაში მოლარის ბრუნვის მნიშვნელობა ასევე გამოიყენება როგორც სპეციფიკური ბრუნვის ტიპი.

გახსნილი ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებების კონცენტრაციის განსაზღვრა ბრუნვის კუთხის b [deg] გაზომვის შედეგების საფუძველზე მოცემულ ფენის სისქეზე ლ[dm] გარკვეული ტალღის სიგრძისთვის [ნმ] წარმოებულია ბიოტის განტოლებით (1831):

ბიოტის კანონი თითქმის ყოველთვის დაკმაყოფილებულია დაბალი კონცენტრაციების რეგიონში, ხოლო მაღალი კონცენტრაციის დროს ხდება მნიშვნელოვანი გადახრები.

ჩარევის ფაქტორები პოლარიმეტრულ გაზომვებში

სინათლის მიმართულების არაპერპენდიკულარული ზედაპირიდან ყოველი გარდატეხისა და არეკვლისას, ხდება ინციდენტური სინათლის პოლარიზაციის მდგომარეობის ცვლილება. აქედან გამომდინარეობს, რომ ნებისმიერი სახის სიმღვრივე და ბუშტები საცდელ ნივთიერებაში, ზედაპირის სიმრავლის გამო, მნიშვნელოვნად ამცირებს პოლარიზაციას და გაზომვის მგრძნობელობა შეიძლება შემცირდეს დასაშვებ დონეზე. იგივე ეხება ჭუჭყს და ნაკაწრებს კუვეტის ფანჯრებზე და სინათლის წყაროს დამცავ მინაზე.

თერმული და მექანიკური სტრესები დამცავ სათვალეებში და კუვეტის ფანჯრებში იწვევს ორმაგ რეფრაქციას და, შესაბამისად, ელიფსურ პოლარიზაციას, რომელიც გაზომვის შედეგზე ზედმეტად არის მოქცეული აშკარა ბრუნვის სახით. ვინაიდან ეს ფენომენები უმეტეს შემთხვევაში უკონტროლოა და დროთა განმავლობაში არ არის მუდმივი, ზრუნვა უნდა იქნას მიღებული იმის უზრუნველსაყოფად, რომ მექანიკური სტრესი არ გამოჩნდეს ოპტიკურ ელემენტებში.

ოპტიკური აქტივობის ძლიერი დამოკიდებულება ტალღის სიგრძეზე (ბრუნვის დისპერსია), რომელიც, მაგალითად, საქაროზასთვის არის 0,3%/ნმ ხილული სინათლის რეგიონში, აიძულებს გამოიყენონ უკიდურესად ვიწრო სპექტრული ზოლები პოლარმეტრიაში, რაც ჩვეულებრივ საჭიროა მხოლოდ ინტერფერომეტრიაში. პოლარიმეტრია არის ერთ-ერთი ყველაზე მგრძნობიარე ოპტიკური გაზომვის მეთოდი (მგრძნობელობის ზღურბლის თანაფარდობა გაზომვის დიაპაზონთან არის 1/10000), ამიტომ, სრულფასოვანი პოლარიმეტრიული გაზომვებისთვის, მხოლოდ მკაცრად მონოქრომატული შუქი, ანუ სპექტრის იზოლირებული ხაზები შეიძლება. გამოყენებული იყოს. სანთურები მაღალი წნევა, რომლებიც უზრუნველყოფენ განათების მაღალ ინტენსივობას, გაფართოების გამო პოლარიმეტრიისთვის უვარგისია სპექტრალური ხაზებიწნევის ცვლილებით და ამ შემთხვევისთვის უწყვეტი რადიაციული ფონის გაზრდილი წილადით. ფართო სპექტრული ზოლების გამოყენება შესაძლებელია მხოლოდ იმ ინსტრუმენტებისთვის, რომლებიც უზრუნველყოფენ ბრუნვის დისპერსიის კომპენსაციას, როგორიცაა, მაგალითად, კომპენსაციის მქონე ინსტრუმენტებში კვარცის სოლის გამოყენებით (საქარიმეტრი კვარცის სოლით) და ინსტრუმენტებში კომპენსაციის მქონე ფარადეის ეფექტით. კვარცის სოლით ინსტრუმენტებს აქვთ კომპენსაციის შეზღუდული შესაძლებლობები საქაროზის გაზომვისას. ფარადეის ეფექტის კომპენსირებით მასალის შესაბამისი შერჩევით, ბრუნვის დისპერსიას შეიძლება დაექვემდებაროს სხვადასხვა მოთხოვნები; თუმცა, შეუძლებელია გამოყენებული მეთოდების უნივერსალურობის მიღწევა.

შთანთქმის ზოლების მახლობლად სასრული სპექტრული ზოლის სიგანის გაზომვისას, შთანთქმის გავლენის ქვეშ, ხდება ტალღის სიგრძის განაწილების სიმძიმის ეფექტური ცენტრის ცვლა, გაზომვის შედეგების დამახინჯება, საიდანაც გამომდინარეობს, რომ შთამნთქმელი ნივთიერებების შესწავლისას აუცილებელია. მკაცრად მონოქრომატულ გამოსხივებასთან მუშაობა.

ხსნარების სწრაფი დინების უწყვეტი ნაკადების მონიტორინგისას, ელიფსურმა პოლარიზაციამ, რომელიც წარმოიქმნება ნაკადის მიერ სინათლის ორმაგი რეფრაქციის შედეგად, შეიძლება შეამციროს პოლარიმეტრიული გაზომვის მეთოდების მგრძნობელობა და გამოიწვიოს უხეში შეცდომები. ეს სირთულეები შეიძლება აღმოიფხვრას მხოლოდ ნაკადის ფრთხილად ჩამოყალიბებით, მაგალითად, ლამინირებული პარალელური ნაკადის უზრუნველყოფით კუვეტებში და მისი სიჩქარის შემცირებით. პოლარიზაციის სინათლის როტაცია ოპტიკური

ოპტიკურად აქტიურ ნივთიერებებს აქვთ ოპტიკური აქტივობა, პოლარიზებული სინათლის სხივის პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვის უნარი. ნაერთების ოპტიკური აქტივობა განპირობებულია მათი მოლეკულების ქირალურობით და სიმეტრიის ელემენტების არარსებობით.

ოპტიკურად აქტიური ნაერთის ბუნებიდან გამომდინარე, პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვა შეიძლება განსხვავდებოდეს ბრუნვის მიმართულებით და კუთხით. თუ პოლარიზაციის სიბრტყე ბრუნავს საათის ისრის მიმართულებით, ბრუნვის მიმართულება მითითებულია "+" ნიშნით, თუ საათის ისრის საწინააღმდეგოდ, "-" ნიშნით. პირველ შემთხვევაში, ნივთიერებას ეწოდება დექსტროროტორული, ხოლო მეორეში - მემარცხენე. პოლარიზაციის სიბრტყის საწყისი პოზიციიდან გადახრის რაოდენობას, რომელიც გამოხატულია კუთხოვანი გრადუსით, ბრუნვის კუთხე ეწოდება და აღინიშნება ბერძნული ასო ა.

ბრუნვის კუთხე დამოკიდებულია ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების ბუნებასა და სისქეზე, ტემპერატურაზე, გამხსნელის ბუნებასა და სინათლის ტალღის სიგრძეზე.

სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყეში სხვადასხვა ნივთიერების ბრუნვის უნარის შედარებითი შეფასებისთვის გამოითვლება სპეციფიკური ბრუნვა [a]D>. Veeey ბრუნვა არის ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების მუდმივი, მონოქრომატული სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყის ბრუნვა გამოწვეული ოპტიკურად აქტიური ნივთიერების ფენით 1 დმ სისქით, როდესაც ხელახლა გამოითვლება 1 გ ნივთიერების შემცველობაზე 1 მლ მოცულობაში:

სადაც a არის ბრუნვის გაზომილი კუთხე, გრადუსი; D არის მონოქრომატული სინათლის ტალღის სიგრძე; t არის ტემპერატურა, რომელზეც განხორციელდა გაზომვა; / - ფენის სისქე, დმ; C არის ხსნარის კონცენტრაცია, გამოხატული ნივთიერების გრამებში 100 მლ ხსნარში.

როგორც წესი, სპეციფიკური ბრუნვა განისაზღვრება 20 °C ტემპერატურაზე და ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება ნატრიუმის D ხაზს (À, = 589,3 ნმ).

თხევადი ნივთიერებებისთვის სპეციფიური ბრუნვა

სადაც d არის თხევადი ნივთიერების სიმკვრივე, გ/მლ.

ხშირად, კონკრეტული ბრუნვის ნაცვლად, გამოითვლება მოლარული e-ù^Hèe (შემდეგი ფორმულის გამოყენებით:

100"-მდე, სადაც M არის მოლეკულური წონა.

ბრუნვის კუთხე იზომება iolarimeyag-roe-ის გამოყენებით (ნახ. 1.101), რაც საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ შედეგები ±0.02° სიზუსტით.

პოლარიმეტრის მოქმედების პრინციპი ასეთია: წყაროდან - ნატრიუმის ნათურა 1-დან გამოსხივებული გაფანტული სინათლის სხივი გადის პოლარიზატორი 3-ში (ნიკოლას პრიზმები) და გადაიქცევა სიბრტყით პოლარიზებულად. ეს სხივი განსხვავდება ბუნებრივისგან იმით, რომ ელექტრომაგნიტური ველის ვექტორების რხევები ხდება ერთ სიბრტყეში, რომელსაც პოლარული სიბრტყე ეწოდება.

ბრინჯი. 1.101. პოლარიმეტრი:

1 - სინათლის წყარო; 2 - დიქრომატული ფილტრი; 3 - პოლარიზებული ნიკოლასის პრიზები (პოლარიზატორი); 4 - კუვეტი ნივთიერების ხსნარით; 5 - ნიკოლასი აანალიზებს პრიზმას (ანალიზატორი); 6 - მასშტაბი; 7 - ოკულარი; 8 - ანალიზატორის კონტროლის სახელური

tions. პოლარიზებული სხივის გზაზე მოთავსებულია კუვეტი ოპტიკურად აქტიური ნივთიერებით 4, რომელსაც შეუძლია გარკვეული კუთხით ბრუნოს პოლარიზაციის სიბრტყე მარცხნივ ან მარჯვნივ. ბრუნვის a კუთხის გასაზომად დამონტაჟებულია კიდევ ერთი ნიკოლასის პრიზმა - ანალიზატორი 5. მისი მარჯვნივ ან მარცხნივ შემობრუნებით მიიღწევა გამვლელი სინათლის სხივის სრული ჩაქრობა. კუთხე, რომლის მეშვეობითაც ანალიზატორი შემოტრიალდა, არის დაკვირვებული ოპტიკური ბრუნვა. კუთხის მნიშვნელობა აღირიცხება 6 სკალაზე.

გაზომვის ტექნიკა. პირველ რიგში, დაყენებულია პრიზმების ნულოვანი პოზიცია. ამისათვის მოწყობილობაში მოთავსებულია ცარიელი კუვეტა 4, თუ მიმდინარეობს სუფთა თხევადი ნივთიერების გამოკვლევა, ან გამხსნელით სავსე ტუბი. ელექტრო ნათურა 1 დამონტაჟებულია მოწყობილობის წინ, თუ მოწყობილობას აქვს ჩაშენებული ყვითელი ფილტრი. შემდეგ ანალიზატორის პრიზმები მიყვანილია ისეთ მდგომარეობაში, სადაც ორივე ხედვის ველს აქვს თანაბარი განათება. ეს მეორდება სამჯერ და მიღებული წაკითხვებიდან იღებენ საშუალო მნიშვნელობას, რომელიც აღებულია როგორც პრიზმების ნულოვანი პოზიცია. ამის შემდეგ მოთავსებულია მილი სატესტო ხსნარით ან სითხით და, როგორც ზემოთ აღინიშნა, იღებენ პოლარიმეტრის ჩვენებებს.

ხსნარის მომზადება. ყურადღებით აწონილი ნიმუში 0,1-0,5 გ მასით იხსნება მოცულობით კოლბაში 25 მლ გამხსნელში. როგორც წესი, წყალი, ეთანოლი და ქლოროფორმი გამოიყენება გამხსნელად. ხსნარი უნდა იყოს გამჭვირვალე, უხსნადი შეჩერებული ნაწილაკებისგან და, თუ შესაძლებელია, უფერო. თუ გაუმჭვირვალე ხსნარი მიიღება, ის უნდა გაიფილტროს ქაღალდის ფილტრით, გადააგდოთ ფილტრატის პირველი ნაწილი და შეავსოთ პოლარიმეტრიული მილის მეორე ნაწილი და გააგრძელოთ განსაზღვრა.

პოლარიმეტრიული მილის შევსება. პოლარიმეტრიული უჯრედის 4 (ნახ. 1.101) ერთი ბოლო ხრახნიანია საქშენის გამოყენებით. მილი მოთავსებულია ვერტიკალურად და ივსება ხსნარით, სანამ არ ჩამოყალიბდება მრგვალი მენისკი მილის ზედა ბოლოზე. მილის ბოლოზე მოთავსებულია მინის ფირფიტა ისე, რომ მილში ჰაერის ბუშტები არ დარჩეს, შემდეგ კი სპილენძის საქშენი ხრახნიან.

ყურადღება/ მინისა და სპილენძის საქშენს შორის მოთავსებულია რეზინის საფენი. & არ შეიძლება განთავსდეს შუშის მილის ბოლოსა და შუშის გარსს შორის, რადგან მინის-მინის კონტაქტი გატყდება.

ხსნარით სავსე პოლარიმეტრული მილი მოთავსებულია პოლარიმეტრში და როტაცია იზომება მასშტაბის წაკითხვით. ტარდება მინიმუმ სამი გაზომვა და მიღებული მონაცემები საშუალოდ ხდება. დაკვირვებული ბრუნვა გამოითვლება როგორც სხვაობა მიღებულ და ნულოვანი მნიშვნელობები. ეს შედეგი გამოიყენება კონკრეტული ბრუნვის გამოსათვლელად მოცემული ფორმულის გამოყენებით. [a]^-ის გამოთვლილი მნიშვნელობები შედარებულია ლიტერატურულ მონაცემებთან.

პრაქტიკული

ვარჯიში. განსაზღვრეთ წყალში 20 °C ტემპერატურაზე შემდეგი ნივთიერებების სპეციფიკური ბრუნვა: გლუკოზა, X)-რიბოზა, X-ასკორბინის მჟავა, არბუტინი, მალტოზა, საქაროზა, გლიკოგენი, β-ასკორბინის მჟავა.