Что такое удельное вращение вещества. Удельное вращение. Исследование оптической активности веществ

(ПОЛЯРИМЕТРИЯ)

Оптическое вращение - это способность вещества вращать плоскость поляризации при прохождении через него поляризованного света.

В зависимости от природы оптически активного вещества вращение плоскости поляризации может иметь различное направление и величину. Если от наблюдателя, к которому направлен свет, проходящий через оптически активное вещество, плоскость поляризации вращается по часовой стрелке, то вещество называют правовращающим и перед его названием ставят знак "+", если же плоскость поляризации вращается против часовой стрелки, то вещество называют левовращающим и перед его названием ставят знак "-".

Величину отклонения плоскости поляризации от начального положения, выраженную в угловых градусах, называют углом вращения и обозначают греческой буквой a. Величина угла вращения зависит от природы оптически активного вещества, длины пути поляризованного света в оптически активной среде (чистом веществе или растворе) и длины волны света. Для растворов величина угла вращения зависит от природы растворителя и концентрации оптически активного вещества. Величина угла вращения прямо пропорциональна длине пути света в оптически активной среде, т.е. толщине слоя оптически активного вещества или его раствора. Влияние температуры в большинстве случаев незначительно.

Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации света вычисляют величину удельного вращения [a]. Удельное вращение - это константа оптически активного вещества. Удельное вращение [a]определяют расчетным путем как угол поворота плоскости поляризации монохроматического света на пути длиной в 1 дм в среде, содержащей оптически активное вещество, при условном приведении концентрации этого вещества к значению, равному 1 г/мл.

Если нет специальных указаний, определение оптического вращения проводят при температуре 20 о С и при длине волны линии D спектра натрия (589,3 нм). Соответствующую величину удельного вращения обозначают [a] D 20 . Иногда для измерения исользуют зеленую линию спектра ртути с длиной волны 546,1 нм.

При определении [a] в растворах оптически активного вещества необходимо иметь в виду, что найденная величина может зависеть от природы растворителя и концентрации оптически активного вещества. Замена растворителя может привести к изменению [a] не только по величине, но и по знаку. Поэтому, приводя величину удельного вращения, необходимо указывать растворитель и выбранную для измерения концентрацию раствора.

Величину удельного вращения рассчитывают по одной из следующих формул.

Для веществ, находящихся в растворе (1):

где a- измеренный угол вращения в градусах; l - толщина слоя в дециметрах; с - концентрация раствора, выраженная в граммах вещества на 100 мл раствора.

Для жидких веществ (2):

где a- измеренный угол вращения в градусах; l - толщина слоя в дециметрах; r- плотность жидкого вещества в граммах на 1 мл.

Удельное вращение определяют либо в пересчете на сухое вещество, либо из высушенной навески, о чем в частных статьях должно быть соответствующее указание.

Измерение величины угла вращения проводят либо для оценки чистоты оптически активного вещества, либо для определения его концентрации в растворе. Для оценки чистоты вещества по уравнению (1) или (2) рассчитывают величину его удельного вращения [a]. Концентрацию оптически активного вещества в растворе

находят по формуле (3):

Поскольку величина [a] постоянна только в определенном интервале концентраций, возможность использования формулы (3) ограничивается этим интервалом.

Измерение угла вращения проводят на поляриметре, позволяющем определить величину угла вращения с точностью +/- 0,02 град.

Предназначенные для измерения угла вращения растворы или жидкие вещества должны быть прозрачными. При измерении прежде всего следует установить нулевую точку прибора или определить величину поправки с трубкой, заполненной чистым растворителем (при работе с растворами) или с пустой трубкой (при работе с жидкими веществами). После установки прибора на нулевую точку или определения величины поправки проводят основное измерение, которое повторяют не менее 3 раз.

Для получения величины угла вращения a показания прибора, полученные при измерениях, алгебраически суMrируют с ранее найденной величиной поправки.

Конфигурация этого вещества может быть скоррелирована с конфигурациями винной кислоты и далее с глицериновым альдегидом.

Вращение плоскости поляризации

Явление вращения плоскости поляризации световой волны на некоторый угол при прохождении света сквозь кристаллические тела и некоторые изотропные жидкости, называется вращением плоскости поляризации или оптической активностью.

Если вещество не находится во внешнем магнитном поле, то оптическая активность будет естественной.

Естественная оптическая активность была открыта в 1811 г. Д. Араго на пластинках кварца, которые вырезаны перпендикулярно оптическим осям.

Пусть взгляд наблюдателя направлен навстречу падающему лучу. Вращения называют правым (положительным), если плоскость поляризации поворачивается вправо (по часовой стрелке) для наблюдателя, и левым (отрицательным), если она поворачивается влево.

В природе существует два типа кристаллов кварца, которые являются зеркальным отражением друг друга. Первые обращают плоскость поляризации вправо, другие - влево и видповидно называются право- и левовращающий кварцем. Угол вращения плоскости поляризации пропорционален толщине слоя оптически активного вещества:

Рисунок 2.

где $l$ - длина пути луча в оптически активной среде; $α$ - коэффициент пропорциональности, который называют вращательной способностью, или удельным вращением. Он зависит от природы вещества, температуры и длины волны .

Удельное вращение равно величине угла, на который возвращается плоскость поляризации монохроматического света при прохождении слоя толщиной $l$.

Далеко от полос поглощения свет вещества зависимость от удовлетворяет закон Био:.

Рисунок 3.

Для оптически активных жидкостей и растворов Ж. Био установил, что угол поворота плоскости поляризации прямо пропорционален толщине слоя $l$ и концентрации $C$ оптически активного вещества, то есть,

Рисунок 4.

где $[α]$ - коэффициент пропорциональности, который называется удельным вращением раствора. Коэффициент зависит от природы оптически активного вещества и растворителя, температуры и длины волны света.

Свойства оптической активности растворов позволяют определить их концентрации. Приборы, с помощью которых проводят такие измерения, называются поляриметром. Поскольку для раствора сахара удельное вращение значительное, то поляриметры получили широкое применение в сахариметрии.

Теорию вращения плоскости поляризации оптически активными веществами разработал А. Френель. Он считал, что это явление обусловлено особым видом двойного преломления лучей, при котором скорость распространения света в активной среде различна для лучей, имеющих правую и левую круговые поляризации. Знак угла поворота плоскости поляризации определяется соотношением между скоростями распространения лучей правой циркуляционной поляризации и левой циркуляционной поляризации. Для оптически активную среду будет положительным, а для будет отрицательным.

На входе в оптически активное вещество линейно поляризованный монохроматический свет разлагается на две волны той же частоты, но поляризованные по кругу во взаимно противоположных направлениях:

Рисунок 5.

Векторы и этих волн симметричны относительно плоскости $p - p$ колебаний падающего света.

При выходе из оптически активной среды с толщиной слоя $l$ электрический вектор правоциркуляцийнои волны будет возвращен на больший угол, чем для ливоциркуляцийнои волны. В результате плоскость, относительно которой электрические векторы этих волн размещены симметрично, будет повернута вправо на угол относительно плоскости поляризации падающей волны.

Углы поворота электрического вектора правой и левой волн зависят от времени распространения волны $t$ и длины их пути в оптически активной среде.

В 1845 г. М. Фарадей обнаружил, что при распространении линейно поляризованного света в оптически неактивных веществах в направлении магнитного поля, то происходит поворот плоскости поляризации на некоторый угол. Если наблюдатель смотрит в направлении магнитного поля, то поворот направо считается положительным, слева - отрицательным.

Использование вращения плоскости поляризации

Величину удельного вращения определяют для подтверждения чистоты и тождества оптически активного вещества. Поскольку удельное вращение зависит от концентрации и природы растворителя, условия его определения приводятся в соответствующих монографиях на лекарственные средства.

В интервале концентраций, при которых удельное вращение - постоянная величина, с помощью угла вращения можно рассчитать концентрацию вещества в растворе:

Замечание 1

Таким образом, можно сделать вывод о том, что поляриметрия, как метод анализа используется в как в качественном, так и в количественном фармацевтическом анализе.

Определение степени чистоты глюкозы и аскорбиновой кислоты

Определение по величинам удельного оптического вращения основывается на измерении угла поворота $(α)$ растворов глюкозы и аскорбиновой кислоты и расчета удельного оптического вращения. Для 10% водного раствора глюкозы величина удельного оптического вращения составляет от + 51,3 ° до + 53,0 °; для 20% раствора аскорбинок кислоты от + 22 ° до + 24 °.

Полученные значения сравнивают с табличными данными и делают выводы о соответствии исследуемых веществ стандартам качества.

Идентификация право- и левовращающий камфоры

Данное определение основывается на измерении угла вращения плоскости поляризации спиртовых растворов камфоры. Камфора, полученная из камфорного дерева - право вращающаяся, с масла пихты - левовращающий изомер, синтетическая камфора - оптически неактивное вещество. Удельное оптическое вращение 10% раствора камфоры в 95% спирте для правой вращающейся камфоры составляет от + 41 ° до + 44 °, для лево вращающейся от -39 ° до -44 °.

Заполняют поляриметрические трубку жидкостью или раствором с известной концентрацией твердого вещества, повторяют вышеприведенные операции и определяют угол вращения по шкале прибора. Определение угла вращения повторяют не менее 5 раз и рассчитывают его среднее значение. Угол вращения является алгебраической разностью между полученным значением и нулевой точкой. Измеряют угол вращения приготовленных растворов с право- и лево вращающейся камфорой и делают выводы об идентификации исследуемого вещества.

Удельное вращение плоскости поляризации оптически активным веществом определяется как угол вращения, отнесенный к единице толщины просвечиваемого материала:

Если угол вращения измеряется в угловых градусах, а толщина слоя l - в мм, то размерность удельного вращения составит [град/мм].

Соответственно удельное вращение оптически активной жидкости (не раствора) с плотностью с [г/см 3 ] определяется выражением

Так как оптическая активность жидкостей намного меньше оптической активности твердых тел, а толщина слоя жидкости измеряется в дециметрах , то удельное вращение жидкостей имеет размерность [град·см- 3 /(дм·г)].

Удельное вращение раствора оптически активного вещества в оптически неактивном растворителе с концентрацией С (г/100 мл) раствора определяется по формуле

В органической химии как разновидность удельного вращения используется также величина молярного вращения.

Определение концентрации растворенных оптически активных веществ по результатам измерения угла вращения б [град] при данной толщине слоя l [дм] для определенной длины волны [нм] производится по уравнению Био (1831 г.):

Закон Био практически всегда выполняется в области низких концентраций, в то время как при высоких концентрациях имеют место существенные отклонения

Мешающие факторы при поляриметрических измерениях

При каждом преломлении и отражении от поверхности, не перпендикулярной направлению света, происходит изменение состояния поляризации падающего света. Из этого следует, что любой вид мутности и пузырей в исследуемом веществе вследствие множества поверхностей сильно снижает поляризацию, и чувствительность измерения может снизиться ниже допустимого уровня. То же самое относится к загрязнениям и царапинам на окнах кювет и на защитных стеклах источника света.

Термические и механические напряжения в защитных стеклах и окнах кювет приводят к двойному преломлению и, следовательно, к эллиптической поляризации, которая накладывается на результат измерения в виде кажущегося поворота. Так как эти явления в большинстве случаев неконтролируемы и не постоянны во времени, следует тщательно следить, чтобы механические напряжения в оптических элементах не появились.

Сильная зависимость оптической активности от длины волны (вращательная дисперсия), которая, например, для сахарозы составляет 0,3%/нм в области видимого света, заставляет использовать в поляриметрии предельно узкие полосы спектра, что обычно требуется лишь в интерферометрии. Поляриметрия является одним из самых чувствительных оптических методов измерения (отношение порога чувствительности к диапазону измерения 1/10000), поэтому для полноценных поляриметрических измерений можно использовать лишь строго монохроматический свет, т. е. изолированные линии спектра. Горелки высокого давления, которые обеспечивают высокую интенсивность света, непригодны для поляриметрии вследствие расширения спектральных линий при изменении давления и повышенной для этого случая доли фона сплошного излучения. Применение более широких спектральных полос возможно лишь для приборов, в которых предусмотрена компенсация вращательной дисперсии, как, например, в приборах с компенсацией при помощи кварцевого клина (сахариметр с кварцевым клином) и приборах с компенсацией по эффекту Фарадея. В приборах с кварцевым клином возможности компенсации при измерении сахарозы ограничены. При компенсации по эффекту Фарадея путем соответствующего выбора материала вращательную дисперсию можно подчинить различным требованиям; однако достичь универсальности использованных способов не удается.

При измерении с конечной шириной спектральной полосы вблизи полос абсорбционного поглощения под действием абсорбции возникает смещение эффективного центра тяжести распределения длин волн, искажающее результаты измерения, из чего следует, что при исследовании абсорбирующих веществ нужно работать со строго монохроматическим излучением.

При контроле быстротекущих непрерывных потоков растворов возникающая вследствие двойного преломления света потоком эллиптическая поляризация может ухудшить чувствительность поляриметрических методов измерения и привести к грубым ошибкам. Эти затруднения можно устранить лишь тщательным формированием потока, например, обеспечением ламинарного параллельного потока в кюветах и снижением его скорости. поляризация свет вращение оптический

Теория поляриметрии

Оптическая активность веществ очень чувствительна к изменениям пространственной структуры молекул и к межмолекулярному взаимодействию.

Исследование оптической активности веществ

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

Поляриметрия широко применяется в аналитической химии для быстрого измерения концентрации оптически-активных веществ (см. Сахариметрия), для идентификации эфирных масел и в других исследованиях.

• 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.

См. также

Литература

• Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М.-Л., 1951
• Джерасси К., Дисперсия оптического вращения, пер. с англ., М., 1962
• Терентьев А. П., Органический анализ, М., 1966

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Удельная теплоемкость
• Удельная электропроводность

Смотреть что такое "Удельное вращение" в других словарях:

Удельное вращение - см. Вращательная способность химических соединений …

удельное вращение вещества - Угол, на который поворачивается плоскость поляризации оптического излучения определенной длины волны при прохождении им пути единичной длины в веществе. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN specific rotation of… …

удельное вращение раствора - Отношение угла, на который поворачивается плоскость поляризации оптического излучения определенной длины волны при прохождении им пути единичной длины в растворе вещества, к концентрации этого вещества. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптические … Справочник технического переводчика

Удельное вращение некоторых органических веществ - Вещество Растворитель Удельное вращение* Сахароза Вода +66,462 Глюкоза Вода +52,70 … Химический справочник

относительное удельное вращение вещества - Отношение удельного вращения вещества к плотности этого вещества. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN relative specific rotation of substance DE relative spezifische Materialdrehung FR rotation relative spécifique… … Справочник технического переводчика

Вращение плоскости поляризации - поперечной волны физическое явление, заключающееся в повороте поляризационного вектора линейно поляризованной поперечной волны вокруг её волнового вектора при прохождении волны через анизотропную среду. Волна может быть электромагнитной,… … Википедия

ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ - ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ, изменение направления (плоскости) колебаний лучей поляризованного света (см. Поляризация оптическая). Этим свойством обладают: 1. Все прозрачные тела, если их поместить в магнитном поле (магнитное В. п. п.). Для… … Большая медицинская энциклопедия

УДЕЛЬНОЕ МАГНИТНОЕ ВРАЩЕНИЕ - то же, что (см. ВЕРДЕ ПОСТОЯННАЯ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия

Вращательная способность химических соединений - Под именем вращательной способности химических соединений подразумевается способность, присущая некоторым из них, отклонять плоскость поляризации светового луча от ее первоначального направления. Допустим, что в луче такого поляризованного света… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Сахарозы - (хим.) название, произведенное от слова сахароза, синонима тростникового сахара; систематически употреблено для обозначения углеводов общей формулы С12Н22О11 только в настоящем Энц. сл. и в 1 м томе соч. Толленса Handb. der Kohlenhydrate (Бресл.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Теория поляриметрии

Оптическая активность веществ очень чувствительна к изменениям пространственной структуры молекул и к межмолекулярному взаимодействию.

Исследование оптической активности веществ

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

Поляриметрия широко применяется в аналитической химии для быстрого измерения концентрации оптически-активных веществ (см. Сахариметрия), для идентификации эфирных масел и в других исследованиях.

• 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.

См. также

Литература

• Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М.-Л., 1951
• Джерасси К., Дисперсия оптического вращения, пер. с англ., М., 1962
• Терентьев А. П., Органический анализ, М., 1966

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Удельная теплоемкость
• Удельная электропроводность

Смотреть что такое "Удельное вращение" в других словарях:

Удельное вращение - см. Вращательная способность химических соединений …

удельное вращение вещества - Угол, на который поворачивается плоскость поляризации оптического излучения определенной длины волны при прохождении им пути единичной длины в веществе. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN specific rotation of… …

удельное вращение раствора - Отношение угла, на который поворачивается плоскость поляризации оптического излучения определенной длины волны при прохождении им пути единичной длины в растворе вещества, к концентрации этого вещества. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптические … Справочник технического переводчика

Удельное вращение некоторых органических веществ - Вещество Растворитель Удельное вращение* Сахароза Вода +66,462 Глюкоза Вода +52,70 … Химический справочник

относительное удельное вращение вещества - Отношение удельного вращения вещества к плотности этого вещества. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN relative specific rotation of substance DE relative spezifische Materialdrehung FR rotation relative spécifique… … Справочник технического переводчика

Вращение плоскости поляризации - поперечной волны физическое явление, заключающееся в повороте поляризационного вектора линейно поляризованной поперечной волны вокруг её волнового вектора при прохождении волны через анизотропную среду. Волна может быть электромагнитной,… … Википедия

ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ - ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ, изменение направления (плоскости) колебаний лучей поляризованного света (см. Поляризация оптическая). Этим свойством обладают: 1. Все прозрачные тела, если их поместить в магнитном поле (магнитное В. п. п.). Для… … Большая медицинская энциклопедия

УДЕЛЬНОЕ МАГНИТНОЕ ВРАЩЕНИЕ - то же, что (см. ВЕРДЕ ПОСТОЯННАЯ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия

Вращательная способность химических соединений - Под именем вращательной способности химических соединений подразумевается способность, присущая некоторым из них, отклонять плоскость поляризации светового луча от ее первоначального направления. Допустим, что в луче такого поляризованного света… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Сахарозы - (хим.) название, произведенное от слова сахароза, синонима тростникового сахара; систематически употреблено для обозначения углеводов общей формулы С12Н22О11 только в настоящем Энц. сл. и в 1 м томе соч. Толленса Handb. der Kohlenhydrate (Бресл.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона