Měření úhlu otočení roviny polarizovaného záření
Specifická optická otáčivost
Specifická optická otáčivost je kvalitativní charakteristikou opticky aktivních látek; udává úhel otočení polarizovaného světla chemicky jednotnou kapalinou, jejíž hustota je 1g/ml, při tloušťce vrstvy roztoku 1dm, teplotě 20°C a vlnové délce záření odpovídající D-linii sodíkového světla. Pro výpočet specifické optické otáčivosti platí vztah:
[α]D20- specifická optická otáčivost, α - úhel otočení roviny polarizovaného světla [°], l – délka kyvety [dm], c – koncentrace měřeného roztoku [g/l]
Každá opticky aktivní látka má za uvedených podmínek konstantní specifickou optickou otáčivost.
Tab.1: Přehled některých enantiomerů a hodnoty jejich specifických optických otáčivostí
Polarimetrie
Polarimetrie je analytická metoda založená na měření úhlu otočení roviny polarizovaného světla při průchodu přes roztok opticky aktivní látky. Lze ji využít buď pro kvalitativní nebo kvantitativní analýzu vzorku.
Na polarimetru se provede měření úhlu otočení roviny polarizovaného světla při průchodu polarizovaného záření přes vzorek – přes roztok opticky aktivní látky o určité koncentraci. Na základě vztahu mezi specifickou optickou otáčivostí, úhlem otočení a koncentrací roztoku dopočítáme zjišťovaný údaj – buď specifickou optickou otáčivost, která je kvalitativní charakteristikou opticky aktivní látky, nebo koncentraci roztoku, což je kvantitativní charakteristika vzorku.
Vypočítejte: jaká je specifická optická otáčivost látky ve vzorku?
Při hodnocení čistoty bylo naváženo 1,9501g látky a rozpuštěno v 25ml destilované vody. Byla stanovena nulová poloha polarimetru: 0,020, změřen úhel otočení roviny polarizovaného záření: - 4,30. Měření bylo provedeno v 1dm kyvetě. Vypočítejte specifickou optickou otáčivost fruktózy. (výsledek: -55,4)
Vypočítejte: jaká je koncentrace sacharózy v roztoku?
Při hodnocení složení vzorku prostého sirupu (roztok sacharózy ve vodě) bylo odebráno 10ml sirupu a naředěno na 50ml destilovanou vodou, tento vzorek pak byl vytemperován a použit pro měření. Byla stanovena nulová poloha polarimetru: -0,03°, změřen úhel otočení roviny polarizovaného světla po průchodu přes vzorek: 10,52°. Měření bylo provedeno v 1dm kyvetě. Jaká je koncentrace naředěného vzorku? Jaká je koncentrace sacharózy v sirupu? Specifická optická otáčivost sacharózy je +67. (výsledky: 157,5g/l; 787,3g/l)
Polarimetr
Polarimetr je přístroj umožňující měření úhlu otočení roviny polarizovaného světla. Základními částmi jsou polarizátor a nastavitelný analyzátor, mezi něž se vkládá kyveta naplněná roztokem analyzovaného vzorku. (Speciální typ polarimetru, umožňující určit na stupnici koncentraci sacharózy ve vodném roztoku, se nazývá sacharimetr.)
Obr. 1: Schéma stavby a principu funkce polarimetru
Základní části polarimetru jsou zakresleny na obr. 1: monochromatický zdroj záření (1); polarizátor (3); kyveta se vzorkem opticky aktivní látky (5); nastavitelný analyzátor (7); detektor – pozorovatel (8).
Zdrojem záření je nejčastěji sodíková výbojka, poskytující monochromatické záření (vlnové délky 589,0nm a 589,6nm, D-linie).
Polarizátor, tvořený Nikolovým hranolem (nikolem), slouží k získání paprsku polarizovaného záření. Analyzátor je rovněž nikol, který je však otočný kolem své osy. Jestliže je analyzátor vůči polarizátoru otočen o 0° nebo180°, propustí analyzátor veškeré záření. Jestliže hranoly svírají úhel 90° nebo 270°, neprochází přes analyzátor žádné záření.
Ve výchozí pozici při měření jsou oba hranoly na sebe kolmé - neprochází přes ně žádné světlo. Vložíme-li mezi ně kyvetu s roztokem opticky aktivní látky, stočí se rovina procházejícího polarizovaného světla o úhel α a analyzátorem je pak nutné otočit o stejný úhel α, aby opět žádné záření neprocházelo. Úhel α pak přečteme na stupnici, která je spojena s analyzátorem. Pro přesnější subjektivní odečítání úhlu stočení se vyrábí polostínové polarimetry.
Postup měření na kruhovém polarimetru
Kruhový polostínový polarimetr má zorné pole rozdělené do tří částí, dva krajní a jeden střední (viz obr. 2). Optickou rovnováhu určuje poloha, ve které jsou všechny tři díly v polostínu.
Patnáct minut před měřením je nutné zapnout sodíkovou lampu polarimetru. Kyvetu naplníme měřeným roztokem tak, aby neobsahovala bublinky. Nejprve se stanovuje nulová poloha polarimetru - kyveta se naplní destilovanou vodou a několikrát se změří úhel otočení a vypočítá se průměrná hodnota těchto měření. Pak se kyveta dvakrát propláchne zkoumaným roztokem, naplní se jím a provede se měření úhlu otočení roviny polarizovaného světla (viz obr. 2). Měření se provádí vždy alespoň třikrát, za výslednou hodnotu se bere aritmetický průměr naměřených hodnot.
Obr. 2: Změny zorného pole polostínového polarimetru při měření: na začátku měření je zorné pole buď I. nebo III., mezi oběma polohami lze přecházet přes polostínovou polohu II. Cílem měření je nastavit zorné pole do polohy II. Po nastavení této polohy se pak na stupnici polarimetru přečte naměřený úhel otočení roviny polarizovaného světla (IV. varianta zorného pole by při správně provedeném měření neměla vůbec nastat.)
Hlavní ovládací prvky polarimetru a způsob, jak se s nimi a s polarimetrickou kyvetou manipuluje, si můžete prohlédnout na studentském videu:
Zdroje
- KARLÍČEK, Rolf a kol. Analytické chemie pro farmaceuty. 1. vydání.Praha: Nakladatelství Karolinum, 2001. ISBN 80-246-0348-9
- SALAŠ, Jiří a Miloš HARTMANN. Chemická analýza liečiv. 1. vydání. Martin: Osveta, 1976.
- HEŘT, Jiří. Slovník esoteriky a pavěd. [on line] [cit. 22.1.2014] Dostupné na www: http://www.sysifos.cz/index.php?id=slovnik&act=zobrazit&idd=&pismeno=&vyraz=1189080266&heslo=Polarizovan%E9%20sv%ECtlo%20-%20l%E9%E8iv%FD%20efekt
Obrázky
- Obr. 1: KAIDOR. www.wikimedia.org [cit. 28.1. 2014] Dostupné na www: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polarimeter_(Optical_rotation).svg
- Obr. 2: Archiv autora
- Obr. 3: Autor neznámý. www.ntm.cz [cit. 10. 4. 2014] Dostupné na www: http://www.ntm.cz/muzeum/sbirkova-oddeleni/chemie-biotechnologie/laboratorni-pristroje
- Obr. 4: Autor neznámý. www.helago-cz.cz [cit. 5.5.2014]Dostupné na www: http://www.helago-cz.cz/product/polarimetr-230-v-5060-hz/
- Obr. 5: Autor neznámý. www.verkon.cz [cit. 10.4.2014] Dostupné na www: http://www.verkon.cz/polarimetry-digitalni-kruss/
- Obr. 6: Autor neznámý. www.biolampazepter.cz [cit. 23.1. 2014] Dostupné na www: http://www.biolampazepter.cz/clanek/Na-jakem-principu-BIOPTRON-pracuje
Historie
Obr. 3: Historický polarimetr
Polarimetry od historie po současnost
Jako všechny přístroje, i polarimetry se postupně vyvíjely. Měnil se vzhled, způsob ovládání, přesnost. V současnosti se můžeme setkat s kruhovými a digitálními polarimetry.
Obrázek
Obr. 4: Nejběžnější typ polarimetru - kruhový polarimetr
Obrázek
Obr. 5: Moderní digitální polarimetr
Laboratorní cvičení
Kontrola kvality opticky aktivních látek
Pracovní list k experimentu najdete v příloze. Čistotu opticky aktivní látky lze zkontrolovat na základě stanovení specifické optické otáčivosti, která je tabelována.
Laboratorní cvičení
Stanovení obsahu opticky aktivní látky v roztoku
Pracovní list k experimentu najdete v příloze. Kvantitativní hodnocení vzorků infúzních roztoků obsahujících glukózu, na základě polarimetrického měření.
Obrázek
Obr. 6: Léčivá lampa. Skutečně léčivá?
Zamysli se
Jak proměnit vodu ve víno, aneb proč se vyplatí učit se ve škole
V posledních letech se na trhu objevila řada přístrojů, které mají léčit pomocí světelného záření, jednou z variant je i lampa produkující polarizované záření. Jde o přístroj s halogenovou žárovkou a polarizačním filtrem. Prodejci tvrdí, že polarizované světlo snižuje citlivost nervových zakončení, ovlivňuje převod vzruchu z nervu na svalové vlákno v místě nervové ploténky, rozšiřuje krevní a mízní cévy, zvyšuje mitotickou aktivitu, tedy rychlost dělení a množení buněk. Přístroj má proto mít široké využití při terapii celé řady chorob, zejména při léčbě povrchových vředů, spálenin a jizev.
V informačním letáku k lampě jsou uvedeny čtyři vlastnosti, díky nimž je světlo z lampy výjimečné. Jsou to však skutečně výjimečné vlastnosti? Nebo si marketingoví stratégové jen pohráli s cizími pojmy a doufají, že veřejnost je nevzdělaná a upadne v úžas? Zde jsou ony čtyři vlastnosti a jejich výklad:
Polarizace - polarizovat záření lze například polarizačními filtry; o léčivém efektu polarizovaného záření prozatím nejsou zveřejněny žádné seriózní vědecké studie (pro více informací klikněte sem).
Polychromie v oblasti 480nm až 3400nm – každá běžná žárovka je zdrojem polychromatického záření ve VIS oblasti (tj. 400 – 780nm), protože má simulovat bílé denní světlo. Pokusíte-li se sáhnout na zapnutou žárovku, spálíte se – díky žhavení vnitřního vlákna se ohřívá i obal žárovky; běžná žárovka je tedy i zdrojem infračerveného záření, s vlnovými délkami vysoko nad 1000nm.
Nekoherence – běžné světelné zdroje, s jedinou výjimkou, kterou je laser, jsou vždy zdrojem nekoherentního záření. Není na tom nic zvláštního, naopak – zvláštností je koherentní světlo, protože má výjimečné vlastnosti, které nalezly celou širokou škálu uplatnění, od přehrávání CD/DVD až po operace očí.
Nízká energie – každé elektromagnetické záření nese takové množství energie, které odpovídá jeho vlnové délce. Mezi vysokoenergetická záření řadíme gamma záření, případně rentgenové záření.
Co můžeme říct na závěr s jistotou? Za cenu přibližně od 10 tisíc do 50 tisíc korun získáte lampu, která bude svítit a hřát. Je to dobrý obchod?
.svg){kind=link}