Для оптично активних речовин визначають величину обертання поверхні поляризації. Оптичне обертання - здатність речовини відхиляти площину поляризації під час проходження крізь нього плоскополяризованого світла. Залежно від природи речовини обертання площини поляризації може мати різні напрямки та величину. Розрізняють правообертальні речовини (умовно позначають d або +) і лівообертаючі речовини (умовно позначаються I або -). Величину відхилення площини поляризації від початкового положення, виражену в кутових градусах, називають кутом обертання та позначають а. Розмір кута залежить від природи оптично активної речовини, товщини шару речовини, температури та довжини хвилі світла. Величина кута обертання прямо пропорційна товщині шару. Для порівняльної оцінки здібності різних речовинобертати площину поляризації обчислюють так зване питоме обертання.
Питомим обертанням називають обертання площини поляризації, викликане шаром речовини товщиною 1 дм при перерахуванні вміст 1 г речовини в 1 мл об'єму. Для рідких речовин питоме обертання визначають за такою формулою:
Для розчинів речовин:
де аlpha – виміряний кут обертання в градусах; l – товщина шару рідини, дм; с – концентрація розчину, виражена в грамах на 100 мл розчину; d – щільність рідини.
Величина питомого обертання залежить також від природи розчинника та концентрації розчину. При заміні розчинника може змінюватися як величина кута обертання, а й його напрям. У багатьох випадках питоме обертання завжди лише у певному інтервалі концентрацій. В інтервалі концентрацій, при яких питоме обертання постійно, можна по розі обертання розрахувати концентрацію речовини в розчині:
Ряд оптично активних речовин у розчині змінює кут обертання до обумовленої постійної величини. Це пояснюється наявністю у розчині суміші стереоізомерних форм, що мають різні значення кута обертання. Тільки через деякий час встановлюється в розчині рівновага між різними оптичними ізомерами. Особливо часто з цим явищем доводиться зустрічатися під час аналізу цукрів. Властивість розчинів протягом деякого часу змінювати величину кута обертання називається мутаротацією.
Визначення кута обертання площини поляризації проводять у приладах, які називаються поляриметрами. Правила користування моделлю поляриметра викладені в інструкції до приладу. Визначення, як правило, проводять для D – лінії натрію при 20°С.
Загальний ось у чому. Промінь від джерела світла прямує через жовтий світлофільтр у призму-поляризатор. Проходячи через призму Ніколя, промінь світла поляризується, коливання його відбуваються лише в одній площині. Плоскополяризоване світло пропускають через кювету із розчином оптично активної речовини. При цьому відхилення площини поляризації світла визначають за допомогою другої призми Ніколя (аналізатора), що обертається, яка жорстко пов'язана з градуйованою шкалою. Значне поле, що спостерігається через окуляр, розділене на дві або три частини різної яскравості, слід зробити рівномірно освітленим, повертаючи аналізатор. Величину повороту зчитують зі шкали. Для перевірки нульової точки приладу проводять аналогічні виміри без досліджуваного розчину. Напрямок поверхні поляризації, як правило, встановлюють напрямком повороту аналізатора. Конструкція вітчизняних поляриметрів така, що й для отримання однорідного освітленого поля зору доводиться повернути аналізатор вправо, т. е. за годинниковою стрілкою, то досліджуване речовина було правообертальним, що позначається знаком + (плюс) чи d. При повороті аналізатора проти годинникової стрілки отримуємо ліве обертання, що позначається знаком (мінус) або I.
В інших приладах точний напрямок обертання визначають за допомогою повторного вимірювання, яке проводять або половинної товщиною шару рідини або половинної концентрацією. Якщо при цьому отримують кут обертання а/2 або а/2+900, можна вважати, що речовина є правообертальним. Якщо новий кут обертання дорівнює 90 - а/2 або 180 -а/2, то речовина має ліве обертання. Питоме обертання не дуже залежить від температури, проте для точних вимірювань термостатування кювети необхідне. За даними оптичного обертання необхідно вказувати застосовуваний розчинник і концентрацію речовини в розчині, наприклад [а]о = 27,3 у воді (С=0,15 г/мл).
Поляриметричні визначення застосовують як встановлення кількісного вмісту оптично активних речовин у розчинах, так перевірки їх чистоти.
Питоме обертання площини поляризації оптично активною речовиною визначається як кут обертання, віднесений до одиниці товщини матеріалу, що просвічується:
Якщо кут обертання вимірюється у кутових градусах, а товщина шару l- В мм, то розмірність питомого обертання становитиме [град/мм].
Відповідно питоме обертання оптично активної рідини (не розчину) із щільністю з [г/см 3 ] визначається виразом
Так як оптична активність рідин набагато менше оптичної активності твердих тіл, а товщина шару рідини вимірюється в дециметрах , то питоме обертання рідин має розмірність [град см-3 / (дм г)].
Питоме обертання розчину оптично активної речовини в оптично неактивному розчиннику з концентрацією З(г/100 мл) розчину визначається за формулою
У органічної хіміїяк різновид питомого обертання використовується також величина молярного обертання.
Визначення концентрації розчинених оптично активних речовин за результатами вимірювання кута обертання б [град] при даній товщині шару l[дм] для певної довжини хвилі [нм] виробляється за рівнянням Біо (1831):
Закон Біо практично завжди виконується в галузі низьких концентрацій, у той час як при високих концентраціях мають місце суттєві відхилення
Заважають фактори при поляриметричних вимірах
При кожному заломленні та відображенні від поверхні, не перпендикулярної до напрямку світла, відбувається зміна стану поляризації падаючого світла. З цього випливає, що будь-який вид каламутності та бульбашок у досліджуваній речовині внаслідок безлічі поверхонь сильно знижує поляризацію, і чутливість виміру може знизитися нижче за допустимий рівень. Те ж саме стосується забруднень і подряпин на вікнах кювет і на захисне склоджерела світла.
Термічна і механічна напруга в захисних стеклах і вікнах кювет призводять до подвійного заломлення і, отже, до еліптичної поляризації, яка накладається на результат вимірювання у вигляді повороту, що здається. Так як ці явища в більшості випадків неконтрольовані і не постійні в часі, слід ретельно стежити, щоб механічні напруги оптичних елементів не з'явилися.
Сильна залежність оптичної активності від довжини хвилі (обертальна дисперсія), яка, наприклад, для сахарози становить 0,3%/нм в області видимого світла, змушує використовувати в поляриметрії гранично вузькі смуги спектру, що зазвичай потрібно лише в інтерферометрії. Поляриметрія є одним із найчутливіших оптичних методів вимірювання (відношення порога чутливості до діапазону вимірювання 1/10000), тому для повноцінних поляриметричних вимірювань можна використовувати лише монохроматичне світло, тобто ізольовані лінії спектру. Пальники високого тиску, які забезпечують високу інтенсивність світла, непридатні для поляриметрії внаслідок розширення спектральних ліній при зміні тиску та підвищеної частки фону суцільного випромінювання. Застосування ширших спектральних смуг можливе лише для приладів, в яких передбачена компенсація обертальної дисперсії, як, наприклад, у приладах з компенсацією за допомогою кварцового клину (сахариметр з кварцовим клином) та приладах з компенсацією ефекту Фарадея. У приладах з кварцовим клином можливості компенсації при вимірюванні цукрози обмежені. При компенсації ефекту Фарадея шляхом відповідного вибору матеріалу обертальну дисперсію можна підпорядкувати різним вимогам; однак досягти універсальності використаних способів не вдається.
При вимірі з кінцевою шириною спектральної смуги поблизу смуг абсорбційного поглинання під дією абсорбції виникає зсув ефективного центру тяжкості розподілу довжин хвиль, що спотворює результати вимірювання, з чого випливає, що при дослідженні речовин, що абсорбують, потрібно працювати з строго монохроматичним випромінюванням.
При контролі швидкоплинних безперервних потоків розчинів еліптична поляризація, що виникає внаслідок подвійного заломлення світла потоком, може погіршити чутливість поляриметричних методів вимірювання і призвести до грубих помилок. Ці труднощі можна усунути лише ретельним формуванням потоку, наприклад забезпеченням ламінарного паралельного потоку в кюветах і зниженням його швидкості. поляризація світло обертання оптичне
(ПОЛЯРІМЕТРІЯ)
Оптичне обертання- Це здатність речовини обертати площину поляризації при проходженні через неї поляризованого світла.
Залежно від природи оптично активної речовини, обертання площини поляризації може мати різний напрямок і величину. Якщо від спостерігача, до якого спрямовано світло, що проходить через оптично активну речовину, площина поляризації обертається за годинниковою стрілкою, то речовину називають правообертаючим і перед її назвою ставлять знак "+", якщо ж площина поляризації обертається проти годинникової стрілки, то речовину називають лівообертаючою перед його назвою ставлять знак "-".
Величину відхилення площини поляризації від початкового положення, виражену в кутових градусах, називають кутом обертання та позначають грецькою літерою a. Величина кута обертання залежить від природи оптично активної речовини, довжини шляху поляризованого світла в оптично активному середовищі (чистій речовині чи розчині) та довжини хвилі світла. Для розчинів величина кута обертання залежить від природи розчинника та концентрації оптично активної речовини. Величина кута обертання прямо пропорційна довжині шляху світла оптично активної середовищі, тобто. товщиною шару оптично активної речовини або її розчину. Вплив температури в більшості випадків незначний.
Для порівняльної оцінки здатності різних речовин обертати площину поляризації світла обчислюють величину питомого обертання [a]. Питоме обертання – це константа оптично активної речовини. Питоме обертання [a] визначають розрахунковим шляхом як кут повороту площини поляризації монохроматичного світла на шляху довжиною 1 дм у середовищі, що містить оптично активну речовину, при умовному приведенні концентрації цієї речовини до значення, що дорівнює 1 г/мл.
Якщо немає спеціальних вказівок, визначення оптичного обертання проводять при температурі 20 про З при довжині хвилі лінії D спектру натрію (589,3 нм). Відповідну величину питомого обертання позначають [a] D 20 . Іноді для вимірювання ісользують зелену лінію спектру ртуті із довжиною хвилі 546,1 нм.
При визначенні [a] у розчинах оптично активної речовини необхідно на увазі, що знайдена величина може залежати від природи розчинника і концентрації оптично активної речовини. Заміна розчинника може призвести до зміни [a] не лише за величиною, а й за знаком. Тому, наводячи величину питомого обертання, необхідно вказувати розчинник та вибрану для вимірювання концентрацію розчину.
Величину питомого обертання розраховують однією з наступних формул.
Для речовин, що містяться в розчині (1):
де a- виміряний кут обертання в градусах; l – товщина шару в дециметрах; з – концентрація розчину, виражена в грамах речовини на 100 мл розчину.
Для рідких речовин (2):
де a- виміряний кут обертання в градусах; l – товщина шару в дециметрах; r- щільність рідкої речовиниу грамах на 1 мл.
Питоме обертання визначають у перерахунку на суху речовину, або з висушеної навішування, про що в приватних статтях має бути відповідна вказівка.
Вимірювання величини кута обертання проводять або оцінки чистоти оптично активної речовини, або визначення його концентрації в розчині. Для оцінки чистоти речовини за рівнянням (1) або (2) розраховують величину її питомого обертання [a]. Концентрацію оптично активної речовини у розчині
знаходять за формулою (3):
Оскільки величина [a] постійна лише певному інтервалі концентрацій, можливість використання формули (3) обмежується цим інтервалом.
Вимірювання кута обертання проводять на поляриметрі, що дозволяє визначити величину кута обертання з точністю +/- 0,02 град.
Призначені для вимірювання кута обертання розчини або рідкі речовини мають бути прозорими. При вимірі насамперед слід встановити нульову точку приладу або визначити величину виправлення з трубкою, заповненої чистим розчинником (при роботі з розчинами) або з порожньою трубкою (при роботі з рідкими речовинами). Після встановлення приладу на нульову точку або визначення величини виправлення проводять основний вимір, який повторюють не менше 3 разів.
Для отримання величини кута обертання a показання приладу, отримані при вимірюваннях, алгебраїчно суMrируют з раніше знайденою величиною поправки.
МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
ЗАГАЛЬНА ФАРМАКОПЕЙНА СТАТТЯ
ПоляриметріяОФС.1.2.1.0018.15
Натомість ДФXII,ч.1, ОФС 42-0041-07
Оптичне обертання – властивість речовини обертати площину поляризації під час проходження крізь нього поляризованого світла.
Залежно від природи оптично активної речовини, обертання площини поляризації може мати різний напрямок і величину. Якщо від спостерігача, до якого спрямовано світло, що проходить через оптично активну речовину, площина поляризації обертається за годинниковою стрілкою, то речовину називають правообертаючим і перед назвою ставлять знак (+); якщо ж площина поляризації обертається проти годинникової стрілки, то речовину називають лівообертаючою і перед її назвою ставлять знак (–).
Величину відхилення площини поляризації від початкового положення, виражену в кутових градусах, називають кутом обертання та позначають грецькою буквою α. Величина кута обертання залежить від природи оптично активної речовини, довжини шляху поляризованого світла в оптично активному середовищі (чистій речовині чи розчині) та довжини хвилі світла. Для розчинів величина кута обертання залежить від природи розчинника та концентрації оптично активної речовини. Величина кута обертання прямо пропорційна довжині шляху світла, тобто товщині шару оптично активної речовини або її розчину. Вплив температури в більшості випадків незначний.
Для порівняльної оцінки здатності різних речовин обертати площину поляризації світла обчислюють величину питомого обертання [α].
Питоме оптичне обертання є кутом обертання α площини поляризації монохроматичного світла при довжині хвилі лінії Dспектру натрію (589,3 нм), виражений у градусах, виміряний при температурі 20 ºС, розрахований для товщини шару випробуваної речовини 1 дм і наведений до концентрації речовини, що дорівнює 1 г/мл. Виражається в градус-мілілітрах на дециметр-грам [(º) ∙ мл ∙ дм -1 ∙ г -1 ].
Іноді для вимірювання використовують зелену лінію спектра ртуті із довжиною хвилі 546,1 нм.
При визначенні [α] у розчинах оптично активної речовини необхідно мати на увазі, що знайдена величина може залежати від природи розчинника та концентрації оптично активної речовини.
Заміна розчинника може призвести до зміни [α] не лише за величиною, а й за знаком. Тому, наводячи величину питомого обертання, необхідно вказувати розчинник та вибрану для вимірювання концентрацію розчину.
Питоме обертання визначають у перерахунку на суху речовину або з висушеної навішування, що має бути зазначено у фармакопейній статті.
Вимір кута обертання проводять на поляриметрі, що дозволяє визначити величину кута обертання з точністю ± 0,02 ºС при температурі (20 ± 0,5) ºС. Вимірювання оптичного обертання можуть проводитися і при інших значеннях температури, але у таких випадках у фармакопейній статті має бути зазначений спосіб обліку температури. Шкалу зазвичай перевіряють за допомогою сертифікованих кварцових пластин. Лінійність шкали можна перевірити з допомогою розчинів сахарози.
Оптичне обертання розчинів має бути виміряно протягом 30 хв з їх приготування; розчини або рідкі речовини мають бути прозорими. При вимірі насамперед слід встановити нульову точку приладу або визначити величину виправлення з трубкою, заповненої чистим розчинником (при роботі з розчинами), або з порожньою трубкою (при роботі з рідкими речовинами). Після встановлення приладу на нульову точку або визначення величини виправлення проводять основний вимір, який повторюють не менше 3 разів.
Для отримання величини кута обертання показання приладу, отримані при вимірюваннях, алгебраїчно підсумовують з раніше знайденою величиною поправки.
Величину питомого обертання [α] розраховують за однією з таких формул.
Для речовин, що містяться в розчині:
l- Товщина шару, дм;
c- Концентрація розчину, г речовини на 100 мл розчину.
Для рідких речовин:
де - виміряний кут обертання, градуси;
l- Товщина шару, дм;
ρ – густина рідкої речовини, г/мл.
Вимірювання величини кута обертання проводять для оцінки чистоти оптично активної речовини або визначення її концентрації в розчині. Для оцінки чистоти речовини за рівнянням (1) або (2) розраховують величину її питомого обертання [α]. Концентрацію оптично активної речовини в розчині знаходять за такою формулою:
Оскільки величина [α] постійна лише певному інтервалі концентрацій, можливість використання формули (3) обмежується цим інтервалом.
Теорія поляриметрії
Оптична активність речовин дуже чутлива до змін просторової структури молекул та до міжмолекулярної взаємодії.
Дослідження оптичної активності речовин
За допомогою оптичних поляриметрів визначають величину обертання площини поляризації світла при проходженні через оптично-активні середовища ( тверді речовиниабо розчини).
Поляриметрія широко застосовується в аналітичній хімії для швидкого вимірювання концентрації оптично-активних речовин (див. Сахариметрія), для ідентифікації ефірних олій та інших дослідженнях.
- Величина оптичного обертання в розчинах залежить від їхньої концентрації та специфічних властивостей оптично-активних речовин.
- Вимірювання обертальної дисперсії світла (спектрополяриметрія, визначення кута обертання за зміни довжини хвилі світла дозволяє вивчати будову речовин.
Див. також
Література
- Волькенштейн М. Ст, Молекулярна оптика, М.-Л., 1951
- Джерассі До., Дисперсія оптичного обертання, пров. з англ., М., 1962
- Терентьєв А. П., Органічний аналіз, М., 1966
Wikimedia Foundation. 2010 .
- Питома теплоємність
- Питома електропровідність
Дивитись що таке "Питоме обертання" в інших словниках:
Питоме обертання- див. хімічних сполук …
питоме обертання речовини- Кут, на який повертається площина поляризації оптичного випромінювання певної довжини хвилі під час проходження ним шляху одиничної довжини в речовині. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптичні прилади та вимірювання EN specific rotation of…
питоме обертання розчину- Відношення кута, на який повертається площина поляризації оптичного випромінювання певної довжини хвилі при проходженні ним шляху одиничної довжини в розчині речовини до концентрації цієї речовини. [ДЕРЖСТАНДАРТ 23778 79] Тематики оптика, оптичні … Довідник технічного перекладача
Питоме обертання деяких органічних речовин- Речовина Розчинник Питоме обертання* Сахароза Вода +66,462 Глюкоза Вода +52,70 … Хімічний довідник
відносне питоме обертання речовини- Відношення питомого обертання речовини до густини цієї речовини. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптичні прилади та вимірювання EN relative specific rotation of substance DE relative spezifische Materialdrehung FR rotation relative spécifique… … Довідник технічного перекладача
Обертання площини поляризації- Поперечної хвилі фізичне явище, що полягає в повороті поляризаційного вектора лінійно поляризованої поперечної хвилі навколо хвильового вектора при проходженні хвилі через анізотропне середовище. Хвиля може бути електромагнітною, ... Вікіпедія
ОБЕРТАННЯ ПЛОЩИНИ ПОЛЯРИЗАЦІЇ- ОБЕРТАННЯ ПЛОЩИНИ ПОЛЯРИЗАЦІЇ, зміна напрямку (площини) коливань променів поляризованого світла (див. Поляризація оптична). Цю властивість мають: 1. Усі прозорі тіла, якщо їх помістити в магнітному полі (магнітне Ст п. п.). Для… … Велика медична енциклопедія
УДІЛЬНЕ МАГНІТНЕ ОБЕРТАННЯ- те саме, що (див. ВЕРДІ ПОСТІЙНА). Фізичний енциклопедичний словник. М.: Радянська енциклопедія. Головний редактор А. М. Прохоров. 1983 р. … Фізична енциклопедія
Обертальна здатність хімічних сполук- Під ім'ям обертальної здатності хімічних сполук мається на увазі здатність, властива деяким із них, відхиляти площину поляризації світлового променявід її початкового спрямування. Припустимо, що в промені такого поляризованого світла. Енциклопедичний словникФ.А. Брокгауза та І.А. Єфрона
Сахарози- (хім.) назва, виготовлена від слова сахароза, синоніма тростинного цукру; систематично вжито для позначення вуглеводів загальної формулиС12Н22О11 тільки в цьому Енц. сл. і в 1 м томі тв. Толленса Handb. der Kohlenhydrate (Бресл.… … Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Єфрона
