Рефрактометрия. Применение в фармацевтическом анализе.

Рефрактометрия (от лат. refractus — преломленный и др.-греч. μετρέω «измеряю») — это метод исследования веществ, основанный на определении показателя (коэффициента) преломления (рефракции) и некоторых его функций. Рефрактометрия (рефрактометрический метод) применяется для идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ. Показатель преломления n представляет собой отношение скоростей света в граничащих средах. Для жидкостей и твердых тел n обычно определяют относительно воздуха, а для газов — относительно вакуума. Значения n зависят от длины волны λ света и температуры, которые указывают соответственно в подстрочном и надстрочном индексах. Абсолютным показателем преломления называют отношение скорости распространения света в вакууме к скорости распространения света в испытуемом веществе. Относительный показатель преломления – это отношение скорости распространения света в воздухе к скорости распространения света в испытуемом веществе.

Например, показатель преломления при 20 °C для D-линии спектра натрия (λ = 589 нм) . Часто используют также линии спектра водорода С (λ = 656 нм) и F (λ = 486 нм). В случае газов необходимо также учитывать зависимость n от давления (указывать его или приводить данные к нормальному давлению). Рефрактометры обычно определяют критический угол. В таких приборах главной частью является призма с известным показателем преломления, которая контактирует с анализируемой жидкостью.

В идеальных системах (образующихся без изменения объема и поляризуемости компонентов) зависимость показателя преломления от состава близка к линейной, если состав выражен в объемных долях (процентах)

n=n1*V1+n2*V2 ,

где n, n1 ,n2 — показатели преломления смеси и компонентов, V1 и V2 — объемные доли компонентов (V1 + V2 = 1).

Показатель преломления (n) равен отношению синуса угла падения света (α) к синусу угла преломления n = sin α / sin β(β) и является величиной постоянной для данного прозрачного тела. [Обозначения на рисунке: 1 — воздух; 2 — исследуемая среда; 3—падающий луч; 4 — преломленный луч.]

Обычно n определяют при падении монохроматического света (т. е. лучей света одной длины волны) из воздуха на исследуемое тело, находящееся при постоянной температуре. Применяемые для этого приборы называют рефрактометрами. Рефрактоматрия нашла широкое применение в физической химии для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической, пищевой и многих других отраслях промышленности.

Достоинства рефрактометрических методов химического количественного анализа — быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность.

Знание градиентов ПП позволяет производить расчёт градиентов плотности и концентрации. В некоторых случаях по виду кривых ПП можно делать выводы о характере взаимодействия веществ и образовании соединений. Методы Р. используют при проверке однородности твёрдых образцов и жидкостей, в аэро- и гидродинамических исследованиях.

Особую роль играет Р. в оптической промышленности, так как ПП и дисперсия стекла и других оптических материалов являются их важнейшими характеристиками.

47. Хироптические методы анализа: поляриметрия, спектрометрия кругового дихроизма. Применение в фармацевтическом анализе.

Хироптические методы, объединяют родственные оптич. методы исследования оптически активных (хиральных) соед.: поляриметрию (ПМ), дисперсию оптич. вращения (ДОВ) и круговой дихроизм (КД). Xироптические методы основаны на взаимод. поляризованного света с хиральными структурами, которые обладают естественной оптич. активностью, т. е. вращают плоскость поляризации проходящего через них поляризованного света.

Плоскополяризованную световую волну можно представить как комбинацию левого и правого поляризованных по кругу лучей с соответствующими векторами Еl и Еr. Если взаимод. левого и правого поляризованных по кругу лучей со средой одинаково (это характерно для изотропных сред), то векторы имеют одинаковые величины.

Когда поляризованный свет проходит через анизотропную (хиральную) среду, то один из этих лучей распространяется быстрее другого, в результате чего суммарный вектор оказывается повернутым на некоторый угол a, тем больший, чем больше разность скоростей распространения света в среде, т. е. показателей преломления nl и пr лучей, поляризованных по кругу влево и вправо. Это явление наз. двойным круговым (циркулярным) лучепреломлением техника измерения. К. д. обнаруживают оптически активные вещества, анизотропия к-рых обусловлена их молекулярной или крис-таллич. структурой, а также намагниченные среды. Количественной мерой К. д. служит разность коэф. поглощения на единицу длины среды и на единицу концентрации оптически активной компоненты. К. д. по величине обычно не превосходит неск. процентов от значения коэф. поглощения в неполяризов. свете и поэтому в отличие от линейного дихроизма не используется для изготовления поляризаторов. Линейно поляризованный свет, проходя через циркулярно-дихроичную среду, превращается в эллиптически поляризованный.

Оптич. вращение измеряют с помощью поляриметра.

Луч источника света (натриевой или ртутной лампы) при прохождении через поляризатор -призму Николя или пленки - поляризуется в плоскости. Поляризованный свет пропускается через кювету с веществом и попадает в анализатор (тоже призма Николя). Если плоскости поляризации обеих призм расположены друг относительно друга под прямым углом, то поляризованный свет в отсутствие оптически активного вещества через анализатор не проходит. Чтобы поляризованный свет не проходил через анализатор после помещения в прибор оптически активного вещества, анатизатор необходимо повернуть на некоторый угол вправо или влево. Этот угол и представляет собой наблюдаемое оптич. вращение, которое затем пересчитывается в удельное или мол. вращение. Для измерения ДОВ и КД используют спектрополяриметрыи дихрографы. Они имеют устройство, аналогичное поляриметру, с тем отличием, что источник света (ксеноновая лампа) в них сочетается с монохроматором, позволяющим проводить измерения в области 1000-175 нм. В дихрографах имеется также устройство для определения дихроичного поглощения (измерение ) или устройство для преобразования плоскополяризованного света в эллиптически поляризованный (измерение ). Поляриметрия — методы физических исследований, основаны на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества. Угол поворота в растворах зависит от их концентрации; поэтому поляриметрия широко применяется для измерения концентрации оптически активных веществ.Методы исследования излучения, основанные на измерении: степени поляризации излучения (света, радиоволн); оптической активности веществ или их растворов.

С помощью оптических поляриметров определяют величину вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически-активные среды (твёрдые вещества или растворы).

Величина оптического вращения в растворах зависит от их концентрации и специфических свойств оптически-активных веществ.

Измерение вращательной дисперсии света (спектрополяриметрия, определение угла вращения при изменении длины волны света позволяет изучать строение веществ.

Измерение оптической активности при помощи поляриметра: 1 — источник света, 2 — неполяризованный свет, 3 — поляризатор, 4 — поляризованный свет, 5 — кювета с раствором вещества, 6 — оптическое вращение 30°, 7 — анализатор, 8 — наблюдатель