Поляриметрический анализ. Лекция №3

1.

Лекция №3
Поляриметрический анализ

2.

Рис. 1. Получение поляризованного света. 1- неполяризованный свет;
2- поляризованный свет; 3- плоскость поляризации;
4 –призма Николя или кристалл.
При
пропускании
светового
турмалина или исландского шпата,
потока
через
кристаллы
можно получить свет, у
которого все волновые колебания расположены в одной плоскости.
Данная
плоскость
называется
плоскостью
колебаний,
а
перпендикулярная к ней – плоскостью поляризации. Полученный
свет называют поляризованным.

3.

В поляризованном свете окружающий нас мир
выглядит совершенно по другому. Чертежная
линейка
из
прозрачной
пластмассы
оказывается разрисованной фантастическими
цветными полосами.
Мало кто знает, что
поляризованный свет бывает
виден и простым глазом.

4.

Поляриметрический анализ основан на измерении угла
вращения плоскости поляризации света, проходящего через
раствор оптически активных веществ.
Рис.2. Изменение плоскости
поляризации при прохождении
через раствор оптически
активного вещества:
1-трубка, заполненная
раствором; 2-плоскость
поляризации исходного света;
3-плоскость поляризации света,
прошедшего через раствор
При прохождении такого луча света через растворы веществ, обладающих
оптической активностью, плоскость волновых колебаний поворачивается на угол,
называемый углом вращения плоскости поляризации света .

5.

Оптическая активность обусловлена строением молекулы, не
имеющей центра и плоскости симметрии. Это, прежде всего,
органические вещества: углеводы (глюкоза, сахароза, мальтоза,
лактоза), гликозиды, карбоновые кислоты (винная кислота,
молочная кислота), алкалоиды (морфин, никотин), белки,
нуклеиновые кислоты, антибиотики.
никотин

6.

Угол вращения плоскости поляризации луча света (в
круговых градусах) раствором в слое определённой толщины
зависит от концентрации раствора. На этой зависимости
основана работа поляриметра - прибора для измерения угла
поворота плоскости поляризации:
с l
где α - удельное вращение плоскости поляризации,
характеризующее природу растворённого вещества, с –
концентрация растворённого вещества в г/мл, l - толщина слоя
или длина поляриметрической трубки в дм.
Автоматический
поляриметр AP-300
Автоматический
поляриметр Polax-2L
Поляриметр Р1000

7.

В качестве поляризаторов света используют призму Николя (или николь),
которая состоит из двух половинок исландского шпата, склеенных под углом 22°,
или специальные пластинки, вырезанные из других минералов.
Рис. 3. Призма Николя. Штриховка указывает направление оптических осей
кристаллов в плоскости чертежа. Направления электрических колебаний
световых волн указаны на лучах стрелками (колебания происходят в плоскости
рисунка) и точками (колебания перпендикулярны плоскости рисунка). O и е —
обыкновенный и необыкновенный лучи. Чернение на нижней грани призмы
поглощает полностью отражаемый от плоскости склейки обыкновенный луч.
Клей — канадский бальзам.
Двойно́е лучепреломле́ние — эффект расщепления в анизотропных средах луча света на
две составляющие. Впервые обнаружен на кристалле исландского шпата. Если луч света
падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он
расщепляется на два луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется
обыкновенным (o — ordinary) , второй же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон
преломления света, и называется необыкновенным (e — extraordinary).

8.

Свет проходит через две поляризационные призмы,
расположенные одна за другой.
Если поляризационные призмы поставлены так, что
плоскость колебаний пропускаемых лучей первой призмы совпадает
с плоскостью колебаний пропускаемых лучей второй призмы, то
лучи пройдут беспрепятственно через обе призмы.
Если вторую поляризационную призму
относительно первой, то свет потухнет.
повернуть
на
90°

9.

Если между призмами поместить раствор оптически активного
вещества, опять возникнет свет.
Первая, ближайшая к источнику света призма выполняет
функцию поляризатора, а вторая - анализатора. Поворачивая вторую
призму вновь и добиваясь темноты, измеряют величину угла .

10.

Принципиальная схема поляриметра:
1-зеркало; 2-светофильтр; 3-поляризатор;
4-диафрагма с кварцевой пластинкой;
5- поляриметрическая трубка
с раствором оптически активного вещества;
6-анализатор; 7-окуляр

11.

Сахариметры предназначены для измерения концентрации, главным
образом, сахаров (отсюда название прибора).
Условия измерения стандартизуют (Т=20°С, длина поляриметрической
трубки l =2 дм), а шкалу измерительного прибора градуируют так, чтобы при
измерении в этих стандартных условиях непосредственно отсчитывать
концентрацию оптически активного вещества в %.
Концентрацию сахарозы определяют по Международной сахарной
шкале. 100 градусов данной шкалы (100°S) соответствуют 34.62 круговым
градусам вращения плоскости поляризации света, т.е. 1°S = 0.3462 кругового
градуса.
Saccharomat
–
это
полностью
автоматический
сахариметр,
где
компенсатором служит кварцевый клин.
В сахариметре Saccharomat применяется
принцип кварцевого клина: сравнение угла
вращения сахара и кварца. В отличие от
поляриметра,
где
используется
вращающийся
анализатор,
Сахариметр
Saccharomat
не
реагирует
на
незначительные изменения длины волны,
что
делает
прибор
очень
точным.

12.

При переходе луча света из одной прозрачной
среды
в
другую
направление
его
распространения
меняется.
Это
явление
называется преломлением, или рефракцией
Преломление луча света на границе воздух – вода α - угол падения; β – угол
преломления; I- менее оптически плотная среда; II - более оптически плотная
среда

13.

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления
называется относительным показателем преломления второй
среды относительно первой:
sin
n
.
sin
Метод, основанный на определении концентрации веществ
по показателю преломления, называется рефрактометрическим. В
рефрактометрах обычно измеряют углы падения и преломления
света на границе жидкость –
стекло, пользуясь методом
предельного угла.

14.

Метод предельного угла
Оптически менее плотная среда (n1)
Оптически более плотная среда (n2)
Рис. Преломление и отражение света на границе двух сред

15.

n1 sin n2 sin const
С увеличением угла падения постепенно увеличивается угол
преломления. Когда угол преломления достигает 90º, луч света скользит
по поверхности раздела сред (см. рис.). Такое явление называют полным
внутренним отражением света. Угол падения луча, при котором оно
наблюдается, называют предельным углом (α2). Предельному углу
соответствует угол падения β=90° и sin β =1, уравнение приобретает вид:
n2 / n1 sin 2 .
Зная показатель преломления одной среды n2, и измеряя предельный угол
полного внутреннего отражения α2, можно определить величину
показателя преломления n1 другой среды, например, раствора,
анализируемого на содержание растворённого в нем вещества.

16.

Рис. Оптическая схема
рефрактометра:
1 – осветительное зеркало; 2 –
вспомогательная откидная призма;
3– основная измерительная призма; 4
– матированная грань откидной
призмы; 5– исследуемая жидкость; 6
– призмы компенсатора;
7 – объектив зрительной трубы; 8 –
поворотная призма;
9– окуляр зрительной трубы
Рефрактометр ИРФ-22

17.

Рефрактометр ИРФ-454
Малое преломление Большое преломление
Анализируемый раствор
n1
n2
Призма
Линза
Шкала Разбавл. р-р Конц. р-р

18.

Показатель преломления растворов определяют с помощью
рефрактометров в тех случаях, когда известна зависимость
величины n от концентрации раствора:
n n0 k ,
где
n0 – показатель преломления чистого растворителя;ω–
концентрация (массовая или объемная доля растворенного
вещества); k – эмпирический коэффициент.
ω

19.

Области применения рефрактометрии
Рефрактометрическим методом часто определяют содержание
ароматических углеводородов, солей в водных растворах. В
агрохимической службе рефрактометрию чаще всего используют для
установления содержания сахарозы в различных растворах и соках
(специальные рефрактометры-сахариметры), а в технохимическом
контроле – для определения количества растворимых сухих веществ в
разного рода экстрактах, соках, пастах.
Рефрактометрия – это экспресс-метод анализа содержания сахаров
в плодах и овощах, поступающих для переработки на фабрики и
консервные заводы (виноград, яблоки и груши, свекла, арбузы, дыни,
томаты, морковь). При определении качества плодов и овощей
предварительно
находят
коэффициенты
пересчета
количества
растворимых в воде сухих веществ на содержание сахарозы.
Рефрактометрия незаменима также при анализах жирности
молока, молочных продуктов, сливочного масла.