Поляриметричний аналіз

Поляриметричний метод аналізу заснований на вимірюванні кута обертання площини поляризації поляризованого світла, що пройшло крізь оптично активне середовище.

У неполяризованого світлового променя коливання відбуваються в усіх площинах, перпендикулярних до напрямку його розповсюдження. Промінь, коливання якого відбувається тільки в одній площині, називається поляризованим, а площина, в якій він коливається, назива­ється площиною коливання поляризованого променя світла; площина, перпендикулярна до неї, називається площиною його поляризації.

Речовини, які здатні обертати площину поляризації поляризованого променя світла, називаються оптично активними.

Оптична активність пов’язана або з особливостями будови кристалічної гратки речовини, або з особливостями будови молекул речовин.

Оптична активність, обумовлена особливостями будови кристалічної гратки речовини, зникає при розчиненні чи розплавленні цієї речовини.

Оптична активність, обумовлена особливостями будови молекул речовини, виявляється лише у розчині цієї речовини або в газоподібному стані. До таких речовин відносяться, у більшості випадків, органічні речовини, в молекулах яких є асиметричні (хіральні) центри.

В залежності від природи речовини, обертання площини поляризації може мати різний напрямок та величину.

Якщо при проходженні поляризованого світла крізь розчин оптично активної речовини у полі зору поляриметра площина поляризації обертається праворуч (за годинниковою стрілкою), то речовину називають правообертаючою та перед її назвою ставлять індекс d або знак „+”. Якщо обертання площини поляризації відбувається вліво (проти годинникової стрілки) – лівообертаючою і перед її назвою ставлять індекс l або „–”.

Відхилення площини поляризації від початкового положення, виражене в кутових градусах, називається кутом обертання та позначається літероюα. Величина кута обертання залежить від природи речовини, концентрації розчину, товщини шару розчину, через який проходить поляризований промінь світла, довжини хвилі світла та температури.

Оптичну активність речовини виражають величиною питомого обертання, яку визначають як кут обертання площини поляризації при проходженні поляризованого світла крізь шар розчину товщиною в 1дм з концентрацією речовини в цьому розчині 1г/см³. Величина питомого обертання залежить від природи речовини, довжини хвилі поляризованого світла та температури. Визначення стандартного питомого обертання проводять при температурі 20°C і довжині хвилі D спектра атома Натрію (λ=589,3нм) і позначають . Значення є постійними для кожної оптично активної речовини і наводяться у довідниках.

Величину питомого обертання для речовин, що являють собою рідини, розраховують за формулою:

де α – кут обертання в градусах;

l – товщина шару рідкої речовини, через який проходить промінь поляризованого світла;

ρ – густина рідкої речовини, кг/дм³.

Для розчинів величина питомого обертання залежить від природи розчинника і концентрації оптично активної речовини; розраховується за формулою:

де α – кут обертання в градусах;

l – товщина шару розчину, через який проходить промінь поляризовано світла;

c – концентрація розчину, г/100см³ розчину.

Величини стандартного питомого обертання використовують для ідентифікації оптично активних речовин, для визначення концентрації оптично активних речовин у розчині.

Для вимірювання кута обертання використовуються прилади – поляриметри.

Інтерферометрія

Інтерферометричний метод аналізу базується на вимірюванні зсуву інтерференції світлових променів, що проходять крізь кювети з розчином речовини і розчинником і через щілини коліматора. При цьому виникає різниця у ході променів, у результаті чого на матовому екрані окуляра приладу утворюються інтерференційні смуги, які зміщені відносно оптичної осі інтерферометра. Зміщення смуг пов’язане з показником заломлення досліджуваного розчину

де n_p – показник заломлення розчину;

n₀ – показник заломлення розчинника;

N – зміщення інтерференційних смуг;

λ – довжина світлової хвилі;

l – довжина кювет з розчином і розчинником.

Рис. 4. Схема інтерферометра Релея.

1 – лампи; 2 – лінзи; 3 – щілини; 4 – кювети; 5 – екран; 6 – компенсатори; 7 – мікрометричний гвинт; 8 – зорова труба.

Для вимірювання зміщення інтерференційних смуг застосовують інтерферометри (Рис. 4). Світло від лампи розжарювання 1 проходить через конденсорну лінзу 2, щілини коліматора 3 і потрапляє на кювети 4 з розчинником та розчином речовини. Причому через кювети проходить верхня половина пучка світла, а нижня частина світла минає кювети і поступає в зорову трубку, де на матовому екрані 5 утворює нижню нерухому систему інтерференційних смуг. Різні середовища (розчин і розчинник) змінюють швидкості світлових променів, що проходять, тому у верхній частині світла, яке проходить крізь кювети, спостерігається різниця їх ходу. Потім промені проходять через пластини компенсатора 6, одна з яких обертається та зв’язана з мікрометричним гвинтом 7 та шкалою відліку. Після компенсатора промінь надходить у зорову трубку 8 і утворює верхню рухливу систему інтерференційних смуг (а). Мікрометричним гвинтом обертають рухому пластину компенсатора до суміщення рухомої системи інтерференційних смуг (б) з нерухомою і за шкалою приладу заміряють зміщення смуг.

Інтерференційним методом можна досліджувати дуже розведені розчини з масовими частками розчинених речовин 0,01-0,02 %.