8.6.1 Определение концентрации вещества методом
круговой поляриметрии
Вращение плоскости поляризации растворами сахаров было положено в основу определения их содержания в растворах. Эта методика имеет промышленное значение и гостирована как метрологическая. При определении концентрации раствора используют формулу Био – связь угла вращения плоскости поляризации света с толщиной слоя и концентрацией раствора.
(8.26)
где
– удельное вращение плоскости поляризации;
– угол вращения плоскости поляризации,
измеренный при данных условиях; l
– толщина оптического слоя (длина
кюветы) в дм; с
– концентрация (титр) раствора в г/мл.
Величина
зависит от целого ряда факторов, таких
как природа вещества, температура среды,
длина волны излучения. Поэтому при
проведении измерений условия строго
нормируются. Иногда для количественных
расчетов применяют параметр Ф
– молярное вращение плоскости поляризации,
которое вычисляют по формуле 8.27.
(8.27)
где М – молярная масса вещества.
Измерения обычно
выполняют с использованием монохроматического
источника света при термостатировании
измерительной ячейки. Запись
обозначает,
что измерение удельного вращения было
выполнено для D
– линии излучения натрия (желтый луч с
длиной волны
= 589,3 нм) при температуре 20
.
Зависимость величины угла удельного
вращения
от длины волны
аналогична таковой для показателя
преломления n.
Эту зависимость называют ДОВ
или дисперсией оптического вращения.
Установлено, что в
изотермических условиях при постоянных
значениях концентрации раствора с
и длины кюветы l
величина
возрастает с уменьшением длины волны.
В области полосы, отвечающей максимальному
поглощению света, значение
также достигает максимума, а затем
быстро падает, и вновь медленно возрастает.
Это явление получило название эффекта
Коттона.
Вид зависимости
для эффекта Коттона показан на рисунке
8.44
Рисунок 8.44. Вид графической зависимости угла вращения плоскости
поляризации при эффекте Коттона.
Величина
получила название амплитуды диссперсии,
а расстояние по оси длин волн от проекции
максимума до проекции минимума b
– шириной эффекта Коттона. Точка
пересечения графика с осью длин волн
соответствует значению
= 0. Длина
волны, при которой не наблюдается
вращение плоскости поляризации, т.е.
выполняется условие
= 0, называется длиной
волны нулевого
вращения.
Особенностью
право- (R)
и левовращающих (L)
изомеров является различие в значениях
их показателей преломления
и
,
а также коэффициентов поглощения
и
.
Разность молярных показателей поглощения
называется круговым дихроизмом и
определяется как
(8.28)
8.6.2 Устройство и принцип работы кругового поляриметра.
Круговой поляриметр представляет собой устройство, состоящее из поляризатора, источника света, кюветы с анализируемым раствором и анализатора. Схематически устройство такого поляриметра показано на рисунке 8.45.
Рисунок 8.45. Схематическое устройство кругового поляриметра.
Кювета с анализируемым раствором представляет собой трубку калиброванной длины, которую заполняют раствором таким образом, чтобы в ней не оказалось пузырьков воздуха. В качестве поляризатора и анализатора используются поляризационные фильтры, выполненные, например, как призмы Николя
В отсутствии
измеряемого раствора освещенность
шкалы определяется взаимным положением
оптических осей анализатора и поляризатора.
Как видно из рисунка 8.46 , при
= 0
– поле ярко освещено, а при повороте
анализатора на угол
= 90
– поле становится равномерно черного
цвета (положение скрещенных осей).
Рисунок 8.46. Изменение освещенности поля окуляра при различном
положении осей поляризатора и анализатора.
а – параллельно
друг другу; б – под углом 45
;
в – под углом 90
(скрещенные)
Если при такой настройке прибора в него поместить кювету с оптически активным веществом, то поле анализатора снова окажется освещенным из-за поворота плоскости поляризации в растворе на некоторый угол . Теперь анализатор необходимо повернуть еще на некоторый угол , чтобы вновь получить темное поле. Дополнительный угол поворота анализатора будет соответствовать величине угла вращения плоскости поляризации в активном растворе.
Сахариметры
представляют собой разновидность
поляриметров. Особенностью их работы
является то, что измерения выполняются
на стандартном источнике света без
применения желтого светофильтра. В них
используют кристаллы кварца, которые
по оптической активности идентичны
растворам сахаров и компенсирует влияние
длины волны излучения на значение угла
.
Шкала поляриметра-сахариметра
проградуирована в градусах международной
сахарной шкалы,
.
По этой шкале значению 100
соответствует угол вращения плоскости
поляризации водного раствора сахарозы,
содержащего точно 26,0000 г сахарозы в 100
см
его раствора, измеренный при
в оптической трубке длиной 2 дм. Используя
международную сахарную шкалу, можно
непосредственно определять массовую
долю сахарозы (%) в анализируемом продукте.
Для этого необходимо провести измерение
угла
для заданного раствора с содержанием
продукта точно 26 г на 100 мл раствора.
Показания шкалы соответствуют массовой
доле сахарозы.