 |
|
Короткі теоретичні відомості
Визначення концентрації цукру в розчині за допомогою поляриметра
Ужгород-2006
Лабораторна робота 7
Визначення концентрації цукру в розчині за допомогою сахариметра
Мета роботи: вивчення явища повороту площини поляризації і вимірювання питомого обертання площини поляризації розчинами цукру відомої концентрації і визначення процентного вмісту цукру в досліджуваному розчині.
Прилади та приладдя:сахариметр СУ-4, скляні трубки (кювети) з
розчинами, інструкція до сахариметра.
Короткі теоретичні відомості
Електромагнітні хвилі є поперечними. Це означає, що вектор напруженості електричного поля E і вектор напруженості магнітного поля H розташовуються в площині, перпендикулярній напряму розповсюдження хвилі. Фізіологічне, фотохімічне, фотоелектричне і інші дії світла викликаються коливаннями вектора напруженості електричного поля E . Тому його називають світловим вектором. Напрям коливань світлового вектора з часом може мінятися. Якщо всі напрями коливань світлового вектора в площині, перпендикулярній напряму розповсюдження хвилі, рівноімовірні, то світло називають природнім. Світло, в якому напрями коливань впорядковані яким-небудь чином, називається поляризованимабо частково поляризованим. Якщо коливання світлового вектора відбуваються тільки в одній площині, що проходить через промінь, то світло називається плоско (або лінійно) поляризованим. Явищем поляризації називається виділення поляризованого світла з природного. При проходженні поляризованого світла через деякі речовини відбувається поворот площини поляризації світлової хвилі. Це явище називається обертанням площини поляризації.
Здатністю повертати площину поляризації світла (оптичною активністю) володіють дуже багато тіл: двозаломлюючі кристали (наприклад кварц), деякі чисті рідини (скипидар, нікотин) і їх пари, розчини (широко відомий приклад - водний розчин цукру, винної кислоти). Особливо багато активних речовин серед органічних сполук. Аморфні речовини, оптично активні в твердому стані, зберігають цю властивість в розплавленому вигляді або розчині. З іншого боку, деякі речовини, неактивні в аморфному стані, стають активними в кристалічному. Наприклад, плавлений кварц оптично не активний, тоді як кристалічний кварц володіє значною обертальною здатністю. Отже, причини оптичної активності приховані як в особливостях будови молекул, так і в розташуванні частинок в кристалевих гратах. Явище обертання площини поляризації вказує на певну дисиметрію, властиву оптично активним середовищам. Вона виражається у тому, що в таких середовищах напрям обертання за і проти годинникової стрілки фізично не еквівалентні. Багато активних речовин існують в двох модифікаціях, що характеризуються рівними по абсолютній величині, але протилежними по знаку питомими обертаннями площини поляризації. Це пов'язано у анізотропних кристалів з дзеркальною симетрією кристалевих грат, а у рідин і кристалів кубічної системи - з дисиметрією молекул. Дисиметрічні молекули існують у вигляді двох форм правої і лівої. Якщо рідина містить молекули одного сорту (наприклад ліві), то всі вони обертають площину поляризації в одну і ту ж сторону (хоча, взагалі кажучи, різною мірою – залежно від орієнтації молекули). Нагадаємо, що для оптично активних середовищ обертання площини поляризації називається правим або позитивним, якщо площина поляризації світлових хвиль для спостерігача, що дивиться назустріч променю, що проходить повертається за годинниковою стрілкою. У неживій природі активні речовини зустрічаються тільки у вигляді рацемітів (тобто містять рівні кількості право- і лівообертаючих молекул). Такий стан найбільш імовірний, він володіє максимальною ентропією. У звичних реакціях хімічного синтезу теж завжди виходить рацемічна суміш.
Абсолютно інша картина в живій природі. Найважливіші біологічні речовини - амінокислоти, білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи - присутні у вигляді чистих дисиметричних форм. Це властивість живого відкрито вже давно; воно безперечне має величезне загальнобіологічне і медичне значення. У ньому виявляється відхилення ентропії даної системи від максимально можливого значення. Ця властивість живих організмів є одним з проявів впорядкованості живої матерії і здатності до самоорганізації.
У оптично активних кристалах і чистих рідинах кут повороту 
площині поляризації прямо пропорційний товщині d шаруючи речовини, пройденої світлом:
| (1) |
Коефіцієнт пропорційності 
називається питомим обертанням. Він залежить від природи речовини, температури і довжини хвилі світла (обертальна дисперсія). Для деяких рідких кристалів може досягати 4000 градусів на міліметр. Для розчинів оптично активних речовин в неактивних розчинниках Біо встановив наступну залежність кута повороту площини поляризації від концентрації 
активної речовини (у відсотках) і від довжини d шляху світла (у дм):
 ,
| (2) |
де 
-коефіцієнт , що називається постійною обертання (або питомим обертанням). Він залежить від природи активної речовини і розчинника, температури і довжини хвилі світла.
Френель показав, що оптична активність зводиться до типу подвійного двопроменезаломлення, при якому в середовищі з різними швидкостями розповсюджуються хвилі, поляризовані по кругу з правим і лівим напрямом обертання, оскільки показники заломлення середовища для цих хвиль різні. Це пов'язано з тим, що величина дипольного моменту молекули, індукованого світлом, поляризованим по кругу управо або вліво, різна через асиметрії будови молекули. Нескладно показати, що лінійно поляризоване світло можна розглядати як суперпозицію двох поляризованих по кругу хвиль (правої і лівої) з однаковими частотами і амплітудами. У відповідності з цим вектор електричного поля Е лінійно поляризованої хвилі в довільній точці оптично активного середовища представимо як суперпозицію двох векторів, що обертаються з однаковою частотою управо і вліво. На відстані, рівній довжині хвилі 
, вектор E хвилі, поляризованої по кругу, здій1снює повний оберт. Кут повороту вектора на відстані d буде рівний 
Оскільки швидкості хвиль з правою і лівою поляризацією різні, то на відстані d від вибраної точки результуючий вектор E повернеться на кут
 ,
| (3) |
де 
і 
- показники заломлення хвиль.