Temat: Pomiar stężenia substancji optycznie czynnych za pomocą polarymetru.

Numer pary: 9

Numer ćwiczenia: 48

I. Opis teoretyczny

1. Skręcenie płaszczyzny polaryzacji, substancje optycznie czynne.

Substancje optycznie czynne mają zdolność skręcania płaszczyzny polaryzacji światła liniowo spolaryzowanego. Cechę tę wykazują cząsteczki związków organicznych o asymetrycznie rozmieszczonych podstawnikach (czyli o asymetrycznym rozkładzie ładunku elektrycznego w cząsteczce). Cząsteczki takiej substancji w roztworach są dla fali świecącej ośrodkiem anizotropowym (ciała anizotropowe wykazują różne właściwości w zależności od kierunku, w którym dana właściwość jest rozpatrywana), co jest przyczyną obserwowanego skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła liniowo spolaryzowanego. Substancje optycznie czynne to m.in.: roztwory cukrów, aminokwasy, białka, kwasy nukleinowe.

Każde liniowo spolaryzowane światło można przedstawić za pomocą dwóch składowych spolaryzowanych kołowo: składowej prawoskrętnej p i składowej lewoskrętnej l. W ośrodku izotropowym prędkość rozchodzenia się obu składowych jest taka sama i kierunek drgań wektora E promienia świetlnego po przejściu przez substancję jest taki sam jak spolaryzowanego liniowo promienia padającego. W roztworach substancji optycznie czynnych prędkość obu składowych jest różna. Po przejściu przez roztwór jedna składowa jest opóźniona względem drugiej. W wyniku ich złożenia otrzymuje się również światło liniowo spolaryzowane, jednak wektor E' tworzy kąt α z kierunkiem drgań liniowo spolaryzowanego światła padającego.

Płaszczyzna polaryzacji światła wychodzącego z roztworu substancji optycznie aktywnej została więc obrócona względem płaszczyzny polaryzacji światła padającego o kąt α, zwany kątem skręcenia płaszczyzny polaryzacji (jest proporcjonalny do liczby cząsteczek - n, substancji optycznie czynnej, jakie napotyka promień świetlny na swej drodze).

Dla roztworu liczba cząsteczek substancji rozpuszczonej

Gdzie:

c-stężenie substancji optycznie czynnej w roztworze, wyrażone w g/cm³.

l-grubość warstwy roztworu w dm.

W przypadku roztworów substancji optycznie czynnej w rozpuszczalniku optycznie nieczynnym można zapisać:

Gdzie:

α₀-skręcenie właściwe.

Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji zależy więc od:

• stężenia substancji optycznie czynnej,

• długości drogi promieni w roztworze

• skręcenia właściwego charakterystycznego dla danej substancji.

Skręcenie właściwe α₀ mierzymy wielkością kąta, o jaki skręca płaszczyznę polaryzacji dany roztwór o grubości warstwy 1 dm i stężeniu 1 g/cm³. Skręcenie właściwe jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji optycznie czynnej rozpuszczonej w danym rozpuszczalniku w stałej temperaturze i dla danej długości fali świetlnej. Wartości skręcenia właściwego podawane w tablicy fizykochemicznych są na ogół mierzone w temp. 20°C dla żółtej linii sodu (linia D). do mierzenia kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji służy polarymetr.

II Opis ćwiczenia

Wykonanie pomiaru:

1. Przygotować roztwory o znanym stężeniu substancji optycznie czynnej (wg wskazówek prowadzącego ćwiczenia).

2. Włączyć do sieci lampę sodową i odczekać 5 min na jej pełne rozjarzenie.

3. Wstawić do polarymetru pustą kuwetkę pomiarową (cylindryczne naczynie).

4. Ustawić analizator A (pokrętłem z prawej strony przyrządu), aby sprzężona z nim skala kątowa wskazywała wartość ok. 2° (plus lub minus), wówczas w polu widzenia okularu ukaże się pionowy pasek (pole widzenia jest podzielone na trzy części). Nastawić ostrość przez podkręcenie okularu.

5. Obrócić ponownie analizator tak, by doprowadzić do wyrównania oświetlenia całego pola widzenia. Skala powinna wówczas wskazywać wartość zero lub minimalne odchylenie od zera, które należy odczytać na noniuszu kątowym skali i zanotować jako α₁.

6. Napełnić kuwetę roztworem o najmniejszym stężeniu (po skręceniu kuwety nie może znajdować się w niej bańska powietrza), przetrzeć okienka kuwety, wstawić kuwetę do polarymetru, poprawić ostrość, nastawić ponownie jednakowe oświetlenie pola widzenia (całe pole przyciemnione) i odczytać na skali kąt α₂.

7. Obliczyć kąt skręcenia α:

8. Obliczyć skręcenie właściwe α₀ ze wzoru:

Gdzie:

l=2dm

9. Przeprowadzić pomiary dla wszystkich przygotowanych próbek (wg pkt. 6-8).

10. Obliczyć średnie skręcenie właściwe α_0śr.

11. Sporządzić wykres zależności kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji α od stężenia roztworu c (krzywa wzorcowa).

12. Przeprowadzić pomiary kątów α dla roztworów o nieznanych stężeniach. Z wykresu odczytać wartość tych stężeń.

13. Wyniki zestawić w tabelce.

Roztwór nr	c	α1	α2	L	αśr	cx

---