Теоретические основы поляриметрии

Инверсия сахарозы это реакция гидролиза сахарозы, при которой образуются глюкоза и фруктоза.

С₁₂Н₂₂О₁₁+Н₂О=С₆Н₁₂О₆+С₆Н₁₂О₆.

Для измерения изменения концентрации реагирующих веществ в этой реакции, а, следовательно, и для расчетов кинетических параметров (скорости реакции, константы скорости) используется свойство сахарозы, глюкозы и фруктозы вращать плоскость поляризации поляризованного луча света. Вещества, обладающие этим свойством, называются оптически активными. Эта способность связана с наличием в молекулах этих веществ ассиметрического атома углерода. Что же такое поляризованный луч света?

Обычный естественный свет представляет собой переменное электромагнитное поле, распространяющееся со скоростью света (3·10⁸ м/с) Меняются в этом поле с огромной частотой (более 10¹³Гц) векторы напряженностей электрического (Е) и магнитного (Н) полей, удовлетворяя при этом условию взаимной перпендикулярности и перпендикулярности к направлению распространения поля (рис. 2.3).

Рис. 2.3 Электромагнитная волна

Таких взаимно перпендикулярных «парочек» вокруг оси направления распространения обычного света сколько угодно. Если на пути распространения такого света поставить поляризатор, то он пропустит только одну «парочку» с определенной ориентацией плоскости поляризации. Это и есть поляризованный луч света. Если на него смотреть через поляризатор, который можно вращать (анализатор),то при параллельной его ориентации с первым поляризатором поляризованный свет пройдет через него и попадет в глаз (поле в окуляре будет светлым). Если анализатор повернуть на 90⁰ (поставить перпендикулярно к поляризатору), то поле в окуляре будет темным, так как поляризованный луч не пройдет через анализатор. Теперь поместим между поляризатором и анализатором, настроенными, например, перпендикулярно, оптически активное вещество, которое повернет плоскость поляризации, вышедшего из поляризатора поляризованного луча света. В окуляре поле посветлеет. Чтобы сделать его вновь темным, надо повернуть анализатор на тот же угол, на который повернуло плоскость поляризации данное оптически активное вещество. Измерить этот угол достаточно просто. На этом и основан принцип работы любого поляриметра.

Угол поворота плоскости поляризации (a) связан с концентрацией оптически активного вещества в растворе (с) и толщиной раствора (l) соотношением:

a=±[a]lc,(2.7)

где [a] – удельное вращение, зависящее от природы оптически активного вещества; знаки (+) и (-) отвечают соответственно правому или левому вращению плоскости поляризации.

Для сахарозы [a]=+66,5⁰, для глюкозы [a]=+52,56⁰, для фруктозы [a]= –91,9⁰. Угол поворота смеси оптически активных веществ представляет собой алгебраическую сумму углов поворота отдельных веществ. Так как получающаяся в результате реакции фруктоза поворачивает плоскость поляризации влево, то доля отрицательных углов в алгебраической сумме возрастает и угол поворота реагирующей смеси постоянно уменьшается.