Теоретична частина. Світло, випромінюване різними джерелами, завжди неполяризоване, коливання векторів напруженості в ньому відбуваються в різних напрямах.

Світло, випромінюване різними джерелами, завжди неполяризоване, коливання векторів напруженості в ньому відбуваються в різних напрямах.

Промінь ( світло ), у якого електричні коливання відбуваються в одній і тільки одній площин, , при цьому магнітні коливання відбуваються в другій (перпендикулярній) площині називається поляризованим променем (світлом).

Площина, в якій відбувається електричні коливання називається площиною коливань, а площина, в якій відбувається магнітні коливання називаються площиною поляризації.

Поляризований промінь одержимо, якщо звичайне світло пропустити через призму Ніколя: остання виготовлюється з ісландського шпату у вигляді паралелепіпеда, розрізаного по діагоналі на дві частини і потім склеєного канадським бальзамом.

Поляризація звичайного світла відбувається при пропусканні його через деякі інші кристали (природні та штучні: наприклад, через турмалін поляризаційні фільтри – поляроїди).

Всі природні кристали мають здатність в деякій мірі повертати площину поляризації пропущеного через них променя світла, особливо кварц. Таку ж здатність мають і розчини цукру, винної кислоти та багатьох інших органічних речовин. Такі речовини називають оптично активними.

Кут повороту площини поляризації розчином залежить від концентрації і товщини шару розчину, через який проходить світло.

де - кут повороту площини поляризації, C - концентрація розчину (у нашій роботі водного розчину цукру), l- довжина шляху променя в розчині (в дециметрах), - коефіцієнт пропорційності або питоме обертання, він рівний кутові обертання при концентрації С = 1г /см³ і довжині трубки l = 1дм.

Явище повороту площини поляризації використовується для визначення концентрації розчину. Досліди показують, що кут обертання площини поляризації залежить і від спектрального складу світла, тим більше значення має кут обертання.

Концентрацію розчину взагалі визначають в грамах на 1см³ розчину (г/см³), в цьому випадку і при умові, що використовується звичайне біле світло, коефіцієнт пропорційності беруть λ=0,71град/дм·% .Тоді

С= ; С= (%),

Отже концентрація оптично активної речовини в даній лабораторній роботі обчислюватиметься за формулою: С=1,408

Визначення концентрації оптично активних речовин за допомогою поляриметра широко застосовується в цукровій промисловості для технологічного контролю на різних стадіях виробничого процесу: у фармацевтичній промисловості – для реєстрації наявності таких речовин як камфора, кокаїн, нікотин та інших; у медичних та біохімічних лабораторіях – для визначення вмісту цукру та білка в мочі, а також глюкози та цукрози в розчинах; для титрування; для контролю хроматографічного розділення оптично активних речовин; для дослідження кінетики біохімічних реакцій (наприклад, ензимного розщеплення).

Висока чутливість методу дає змогу досліджувати дуже малі маси оптично активних речовин: так в 1 мл розчину можна виявляти навіть такий вміст глюкози, який не перевищує г. Простота методу робить його високопродуктивним – сто і більше проб за годину.

Оптична активність проявляється в речовинах, молекули яких не мають центра або площини симетрії. На основі цього Л. Пастер понад сто років тому започаткував основи стереохімії – вчення про будову молекул. У наш час оптична активність та її дисперсія (залежність від довжини хвилі) ефективно використовується при дослідженні структури і властивостей біополімерів – білків та нуклеїнових кислот. Вони, як правило, мають спіральну структуру і високу оптичну активність, яка не є однаковою вздовж і поперек спіралі. Речовини з несиметричними молекулами – синтетичні і ті, що зустрічаються в неживій природі, мають однакові кількості молекул з лівою та правою асиметрією. І тому в своєму загальному об’ємі не проявляють оптичної активності, на відміну від найважливіших речовин живої природи – білків, ліпідів, вуглеводів, нуклеїнових кислот, амінокислот, які існують лише у вигляді чисто асиметричних форм, антиподів.

При цьому антиподи однієї асиметрії (наприклад, лівої) не можуть замінятися антиподами іншої асиметрії (правої). Наприклад, із розчину синтетичного цукру бактерії, які ним живляться, засвоюють лише правоповертаючі молекули. Коли весь правоповертаючий цукор з’їдено, бактерії починають голодувати, хоч і знаходяться у розчині лівоповертаючого цукру.

Той факт, що асиметрія оптичної активності характерна лише для живих організмів і речовин органічного походження, дає змогу вирішувати різноманітні наукові проблеми. Наприклад, виявлення оптичної активності нафти стало переконливим свідченням її органічного походження. А відсутність оптичної активності амінокислот, знайдених у 1970 році в складі метеорита, доказало їхнє неземне походження. Причини біологічної доцільності асиметрії в речовинах живої природи до цього часу остаточно не встановлені.

Опис приладу.

Поляриметр (іноді називають сахариметр) – прилад, що служить для вимірювання кута повороту площини поляризації оптично активними прозорими розчинами і однорідними рідинами. Поляриметр використовується для визначення концентрації глюкози в крові та сечі у пацієнтів, хворих на діабет, у фармацевтичній промисловості для оцінки вмісту камфори, кокаїну, нікотину в ліках, для вивчення структури білків, дослідження ферментативного розщеплення.

У використовуваному нами поляриметрі моделі СМ світло від джерела (матової електролампи) S проходить в поляризаційний пристрій, який складається з світофільтра К, системи лінз L, поляризатора Р, кварцової пластинки В.

Далі промінь вже поляризованого світла проходить через трубку з розчином Т, аналізатор А (виготовлений теж з поляроїда), зорову трубку О (система лінз) і попадає в око спостерігача.

Для збільшення чутливості приладу після проходження поляризатора Р середня частина пучка променя пропускається через кварцову пластинку, а дальше через аналізатор, дві ж крайніх частинки пучка – тільки через аналізатор.

Кварцова пластинка частково повертає площину поляризації променя (середньої частини його) і тому спостерігач бачить трьохколірне поле. Вирівнювання (досягнення одноколірності) потрійного поля відбувається шляхом повертання аналізатора навколо горизонтальної осі на кут, рівний кутові повороту площини поляризації розчином.

Кут повороту площини поляризації визначається за допомогою аналізатора А, сполученого нерухомо з втулкою Д, розміщеною в середині диска N; аналізатор з втулкою може повертатись; на протилежних краях втулки нанесені два ноніуса, що забезпечують високу точність вимірювання.

На рухомому дискові N нанесена градусна шкала від 0⁰ до 360⁰.

Експериментальна частина.

1. Вийміть трубку з приладу; протріть зовнішні оптичні деталі приладу чистою салфеткою: горизонтальним переміщенням муфти М зорової труби встановіть окуляр О на найбільшу різкість зображення поля зору, Запишіть положення нуля ноніуса з найбільш можливою точністю (ціна ділення ноніуса 0,05⁰).

3. Повертанням аналізатора досягніть одноколірності всього поля зору і зафіксуйте положення нуля ноніуса (рис 3а) з найбільш можливою точністю (трубки з розчином в камері поляриметра не повинно бути).

4. На шкалі поляриметра за допомогою ноніуса визначте кут, що відповідає різним освітленостям двох половинок поля зору (рис.3б, або 3в), якщо в камері відсутня трубка з розчином. Запишіть значення в колонку таблиці "Відлік без трубки".

5. Помістіть трубку з розчином в камеру поляриметра і поступово обертаючи ноніус в одному напрямі знайдіть таку ж освітленість двох половинок поля зору, яка була без трубки. Значення кута запишіть в колонку таблиці "Відлік з трубкою".

6. Дослід повторіть три рази, окремо для кожного разу визначить концентрацію розчину. Знайдіть середнє значення концентрації С_0.

7. Вилийте розчин, промийте трубку водою, протріть чистою салфеткою і в сухому вигляді помістіть трубку на місце. Заповніть таблицю1.

Таблиця 1.

№ п/п.	Довжина трубки l	Відлік без трубки (град.)	Відлік з трубкою і розчином (град.)	Кут обертання (град.)	Концентрація розчину С	С
…

Кінцевий вираз записати за формою: С=С₀ ∆С_0; Е= 100%