Поляриметрический метод анализа

Поляриметрический метод физико-химического анализа базируется на измерении вращения плоскости поляризации света оптически активными веществами.

	Вещества, способные поворачивать плоскость поляризации светового луча, называются оптически активными. Органические вещества, содержащие ассиметрический атом Углерода, связанный с четырьмя атомами или группами атомов, проявляют оптическую активность.
	Угол вращения свежеприготовленных растворов некоторых веществ спустя некоторое время постепенно изменяется и достигает равновесного значения (мутаротация). Для ускорения мутаротации необходимо нагреть раствор в течение 15 мин. или добавить незначительное количество аммиака.

Согласно с электронной теорией света – это поперечные электромагнитные волны. Частицы света – фотоны колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Такие световые волны распространяются в пространстве в разных направлениях.

Если такой луч направить на призму Николя, изготовленную из кристаллов испанского шпата, он поляризуется (электромагнитные колебания в нём будут проходить в одной плоскости). Плоскость, перпендикулярная плоскости колебания такого луча, называется плоскость поляризации.

Угол, на который оптически активные вещества отклоняли плоскость поляризации, называют углом поворота плоскости поляризации (угол поляризации).

Угол поляризации света зависит от:

ü температуры;

ü длины волны света;

ü толщины слоя, пройденного лучом;

ü концентрации раствора.

Удельное вращение плоскости поляризации света ‑ угол поворота плоскости поляризации, выражается в круговых градусах, измеряется при температуре 20град.С при пропускании монохроматического света от однорядного пламени натрия (λ = 589,3 нм) через слой оптически активного вещества определённой толщины.

Для твердых веществ нормальная толщина слоя составляет 1мм, для жидкостей и растворов с концентрацией 1 г/см³ – 1дм. Значения удельного вращения могут быть положительными (вправо, обозначаются « + ») или отрицательными (влево, обозначают « ‑ »).

Удельное вращение плоскости поляризации света обозначают α²⁰_D.

Зависимость α²⁰_D от концентрации и толщины слоя выражается уравнением: α= ± а·С·l

а – удельное вращение; С – концентрация в граммах на 100 мл раствора;

l – толщина слоя; ± ‑ соответствуют повороту вправо и влево.

Удельное вращение оптически активных веществ при данной температуре и длине волны падающего света – величина постоянная. Например, для сахара α²⁰_D = 66,53⁰, для глюкозы α²⁰_D = 52,56⁰, для фруктозы α²⁰_D = ‑ 91,9⁰.

Угол вращения данного вещества определяют с помощью поляриметра. Прибор имеет две призмы Николя – поляризатор, анализатор, поляриметрическую трубку, в которую наливают раствор оптически активного вещества, круговую шкалу для количественного определения оптической активности.

Схема поляриметра: свет от источника проходит последовательно через конденсатор, поляризатор, поляриметрическую трубку с исследуемым веществом, поворачивающим плоскость поляризованного луча, анализатор с приспособлением, фиксирующим значение вращения плоскости поляризованного луча, и попадает у зрительную трубку.

Для перехода от круговых градусов к концентрации исследуемого раствора или к массе исследуемого компонента необходимо сделать дополнительные вычисления.

Концентрацию оптически активного вещества в 100 г раствора (г) вычисляют по формуле:

где с′ ‑ концентрация оптически активного вещества, г;

α – угол вращения плоскости поляризации, круговой градус;

ρ – плотность жидкости или раствора, г/см³;

l – толщина слоя, мм (для твердых веществ), дм (для жидкостей и растворов);

‑ удельное вращение плоскости поляризации.

Если шкала поляриметра проградуирована не в круговых градусах, а градусах международной сахарозной шкалы, то прибор ‑ сахариметр. Сахарозная шкала облегчает работу при анализе разных объектов, содержащих сахарозу. Конструкция сахариметра даёт возможность использовать свет от обычных электрических ламп.

Необходимым условием проведения подобного анализа является отсутствие в объекте исследования других оптически активных веществ или необходимо их предварительно удалить. Навеска массой 26г называется нормальной навеской, а трубка длиной в 2 дм – нормальной трубкой. В комплекте есть трубки в 1 та 4 дм. Трубки длиной 1 дм (100 мм) используют при исследовании окрашенных растворов, полученное значение по шкале увеличивают в 2 раза. Трубки длиной 4 дм (400 мм) используют для исследования разбавленных растворов, полученное значение уменьшают в 2 раза.

Строение сахариметра СУ-3: состоит из измерительной головки, осветительного узла, соединённого траверсой с камерой, в которой размещается трубка с объектом исследования. Измерительная головка состоит из двух окуляров: окуляр шкалы с нониусом и окуляр анализатора, наблюдая который поворотом ручки кремальной передачи устанавливают однородность освещённости. Сверху на измерительной головке находится отверстие для установочного ключа. В осветительный узел входят: патрон с лампой, матовое стекло и светофильтр. В основе вмонтированный понижающий трансформатор.

Для подготовки к работе сахариметр устанавливают так, чтобы окно находилось за спиной оператора.

Порядок работы:

1. Включить прибор (загорается лампочка осветителя).

2. Последовательно установить оба окуляра по газам наблюдателя.

3. Проверка правильности нулевой точки в холостом положении прибора (без поляриметрической трубки) – вращением рукоятки достигают однородности освещённости двух частей поля зрения, при этом нуль шкалы должен точно совпадать с нулём нониуса. В случае отклонения установочным ключом совмещают нулевое значение шкалы с нониусом.

4. Проведение определение: с одной стороны поляриметрической трубки вынимают гайку и снимают покровное стекло. Трубку ополаскивают и заполняют исследуемым раствором (при этом должен образовываться выпуклый мениск). Покровное стекло досуха вытирают и закрывают им трубку. Проверяют отсутствие пузырьков воздуха, закручивают гайку. Трубку с раствором помещают в камеру, рукояткой достигают однородности освещения двух половин поля зрения и снимают показатели прибора.

Поляриметрическим методом в кондитерском производстве определяют:

a содержание сахарозы, сорбита;

a соотношение составных частей кондитерских изделий;

a содержание редуцированных сахаров патоки.

1.Используют для объектов, содержащих одно оптически активное вещество (сахароза).

2. Преимущество поляриметрии:простота выполнения, незначительные затраты времени, если исследуемый объект содержит лишь одно оптически активное вещество или другие оптически активные вещества можно легко удалить.

3. Недостатком поляриметрического методаявляется необходимость использования сравнительно больших навесок исследуемого объекта (навеска шоколада ‑ 26г), а также осветление растворов 1Н растворами ZnSO₄, NaOH или КОН с последующим фильтрованием.

Большинство объектов кондитерского производства (пралиновые, шоколадные массы) содержат значительные количества нерастворимых в воде веществ. При растворении навески таких веществ в мерной колбе нерастворимая часть занимает значительный объём мерной колбы. В результате растворимая в воде часть пробы будет занимать не всю номинальную ёмкость мерной колбы. Тому вводят существенную поправку: вводят поправочный коэффициент на который умножают результат поляриметрического анализа:

, V_к – объём колбы, в которой растворена навеска, см³;

V_н.к – объём нерастворимой части навески, cм³.

, Р ‑ содержание нерастворимой части , %.