Поляриметрия

Поляриметрия – оптический неспектральный метод анализа, основанный на вращении плоскополяризованного монохроматического луча света оптически активными веществами. Метод предназначен для определения только оптически активных веществ, способных вращать плоскость поляризации света.

В видимом свете колебания электромагнитной волны происходят в различных направлениях. Плоскополяризованным называется свет, колебания которого происходят в одной плоскости. При упорядоченных колебаниях в определенном направлении свет поляризован линейно и обычно сохраняет первичное положение плоскости поляризации. Получить плоскополяризованный свет можно с применением кристаллов, способных пропускать свет одного определенного колебания.

При прохождении поляризованного света через оптически активное вещество происходит поворот плоскости поляризации на некоторый угол, называемый углом вращения плоскости поляризации (a). Этот угол зависит от природы оптически активного вещества и растворителя, концентрации и толщины слоя раствора. Такая зависимость описывается законом Био:

a = a_уд · l · с,

где a_уд – удельное вращение плоскости поляризации света; l – толщина слоя раствора (длина поляриметрической трубки), дм; с – концентрация вещества в растворе, г/см³.

Каждое оптически активное вещество характеризуется определенным удельным вращением плоскости поляризации света, происходящем при прохождении через слой раствора толщиной 1 дм с концентрацией оптически активного вещества 1 г/см³. Удельное вращение зависит от природы вещества, длины волны света, температуры и обозначается, например, , где D – длина волны света желтой линии натрия, 589 нм; температура раствора 20^ОС. При выполнении анализа длина волны света должна быть постоянна, термостатирование раствора обязательно.

Качественный анализ (идентификация вещества) выполняют по удельному или молярному вращению), измеряя угол вращения света в стандартных условиях.

Количественный анализ проводят одним из методов:

1. Метод градуировочного графика. Для серии стандартных растворов измеряют угол вращения плоскополяризованного света и строят график в координатах α =f (с). График линеен и проходит через начало координат.

2. По закону Био можно рассчитать концентрацию вещества в растворе, измерив угол вращения плоскости поляризации света и зная удельное вращение вещества..

Устройство поляриметра. Основными частями прибора являются источник поляризованного света – поляризатор и блок измерения – анализатор (рис. 7).

Работа прибора основана на принципе уравнивания яркости разделенного на две части поля зрения. Световой поток от лампы 1 проходит через дихроматный светофильтр 2, где происходит монохроматизация света (λ = 590 нм), и конденсор 3, попадает в поляризатор 4 – призму Николя, которая делит луч на две составляющие является источником плоскополяризованного света..

Рис. 7. Оптическая схема поляриметра-сахариметра: 1 – источник света; 2 – светофильтр; 3 – конденсор; 4 – поляризатор; 5 – поляриметрическая трубка; 6 – клин левого вращения; 7 – контрклин и малый кварцевый клин; 8 – анализатор; 9 – окуляр

Поляризатор установлен так, что плоскости поляризации обоих лучей составляют одинаковые углы с плоскостью поляризации аналогичной призмы – анализатора 8, т. е. плоскости поляризатора и анализатора параллельны. При этом в окуляре 9 наблюдается равномерное яркое освещение двух полей (рис. 8, а). При установлении поляриметрической кюветы 5 с раствором оптически активного вещества равенство освещенности двух полей нарушается (рис. 8, б), поскольку изменяется угол вращения плоскости поляризации одного из лучей при прохождении через раствор.

Для измерения угла отклонения плоскости поляризации луча необходимо уравнять освещенность обоих полей. Для этого в поляриметре применяют клиновой компенсатор, состоящий из большого кварцевого клина левого вращения 6 (рис. 7), контрклина и малого кварцевого клина правого вращения 7. Вращением большого клина относительно малого подбирают толщину кварцевой пластинки, необходимую для компенсации угла поворота плоскости поляризации луча. Плоскость поляризации лучей в призме Николя перпендикулярна плоскости поляризации анализатора. При этом освещенность обоих полей зрения уравнивается (рис. 8, в). Такое положение называют настройкой прибора «на темноту». Одновременно с большим клином перемещается шкала измерения угла.

Рис. 8. Изменение освещенности поля окуляра при измерениях