Поляриметрия

3-10-2017, 19:49

Поляриметрический метод анализа основан на измерении концентрации по изменению угла вращения плоскости поляризации света оптически активными веществами. Вещества эти чаще всего являются соединениями органической природы, содержащими один или несколько асимметрических атомов углерода или другие функциональные группы, обусловливающие пространственную асимметрию молекулы.
Как известно, элементарным источником излучения света является возбужденный атом. Возбуждение атома обусловливается переходом одного или нескольких электронов на более высокие энергетические уровни в результате поглощения определенных порций энергии. Возвращаясь в нормальное состояние, атомы излучают избыточную энергию также в виде отдельных порций - квантов. Волновое колебание каждого отдельного кванта света ориентировано в одной строго определенной плоскости.
Так как атомы излучают кванты света совершенно независимо друг от друга, то поток этот состоит из бесконечно большого количества волн с разнонаправленными колебаниями. Таким образом, электромагнитное излучение (свет) можно рассматривать как бесконечный поток фотонов с хаотической ориентацией их плоскости колебания. Такой свет называется неполяризованным. При пропускании его через изотропные (оптически неактивные) твердые, жидкие или газообразные тела разнонаправленность колебаний волн остается неизменной.
В то же время существуют некоторые вещества (оптически анизотропные), которые оказывают влияние на ориентацию плоскости колебания проходящего через них света.
Оптическая анизотропия среды обусловливается зависимостью скорости распространения света, а следовательно, и показателя преломления вещества от направления распространения в нем света. Оптическая анизотропия среды приводит к поляризации распространяющегося в нем света, т. е. упорядочиванию хаотической ориентации плоскостей колебаний волн. Поляризованный свет можно получить при пропускании естественного света через поляроидные пленки, исландский шпат, турмалин и другие поляризаторы.
Все поляризаторы являются анизотропными телами. При прохождении пучка света через анизотропные тела он разделяется на два поляризованных, но взаимно перпендикулярных луча. Специальная конструкция призмы Николя, сделанная из исландского шпата, позволяет удалить один луч и получить свет, поляризованный только в одной плоскости.
Существует также ряд других устройств, позволяющих получить поляризованный свет в одной плоскости. Такие устройства называются поляризаторами.
Отличить естественный свет от поляризованного и определить направление световых колебаний (плоскость поляризации) в нем можно лишь при помощи второй такой же призмы Николя, получившей название анализатора. Прибор, состоящий из поляризатора и анализатора, называется поляриметром. Если на пути света, прошедшего через поляризатор, поставить анализатор так, чтобы плоскости, в которых они пропускают колебания, совпадали, то свет пройдет и через анализатор. Если плоскость пропускания анализатора будет смещена на значительный угол (например 90°) по отношению к плоскости пропускания поляризатора, то свет не пройдет. Такое взаимоперпендикулярное положение поляризатора и анализатора называется установкой на темноту.
Все вещества по отношению к поляризованному свету делятся на оптически активные и неактивные. При пропускании поляризованного света через оптически неактивные тела положение плоскости поляризации остается неизменным. Оптически активные вещества в зависимости от строения их молекул или кристаллической решетки могут быть правовращающими (по часовой стрелке) и левовращающими.
Угол вращения плоскости поляризации зависит от толщины слоя раствора, через который проходит поляризованный пучок света, концентрации и температуры. Если проводить измерения при одинаковой температуре (20°С) и толщине слоя (например, 1 дм), то угол вращения плоскости поляризации раствором будет зависеть только от его концентрации. При известных условиях для каждого оптически активного вещества существует свое определенное, значение угла вращения, называемое удельным вращением. Концентрацию вещества вычисляют по формуле

где ? - угол вращения исследуемого вещества; l - длина трубки, дм; [?]д - удельный угол вращения вещества.
К оптически активным веществам относятся сахара, многие органические кислоты, нуклеиновые кислоты, жиры и др.