Удельное вращение — таблицы электронного справочника по химии, содержащие Удельное вращение

Определение удельного вращения и неизвестной концентрации сахарного раствора при помощи поляриметра см – 3

Удельное вращение - таблицы электронного справочника по химии, содержащие Удельное вращение

ID: 16322

Название работы: Определение удельного вращения и неизвестной концентрации сахарного раствора при помощи поляриметра см – 3

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Физика

Описание: Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ И НЕИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА СМ 3 Описание лабораторной установки Поляриметр круговой СМ3 используемый в данной работе применяется для измерения угла вращения пл

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-06-20

Размер файла: 164 KB

Работу скачали: 35 чел.

Лабораторная работа

Определение удельного вращения и неизвестной концентрации сахарного раствора при помощи поляриметра см – 3

Описание лабораторной установки

Поляриметр круговой СМ-3, используемый в данной работе, применяется для измерения угла вращения плоскости поляризации оптически активными прозрачными однородными растворами и жидкостями. На рис.2.13. показан общий вид и устройство поляриметра СМ-3.

Головка поляризатора с анализатором  1  является измерительной частью поляриметра и состоит из поляризационного устройства, анализатора и наблюдательной трубки, закрепленных на концах корпуса кюветного отделения  2 .

На лицевой стороне измерительной головки прибора имеется окуляр  7 с двумя лупами, через которые снимаются отсчеты со шкалы лимба и отсчетного устройства. Вращением втулки  8  устанавливают резкое изображение линии раздела поля зрения.

Лимб закреплен на цилиндрическом зубчатом колесе. На лимбе нанесена 360-градусная шкала с ценой деления 0,5о . Вращение лимба осуществляется ручкой  6 . На корпусе  5  закреплены нониусы отсчетных устройств, расположенные диаметрально. Каждый нониус имеет 25 делений. Величина отсчета по нониусу 0,02о.

В кюветное отделение вставляется трубка, на которую нанесена ее фактическая длина между торцами. На стеклянной трубке имеется выпуклость, необходимая для сбора пузырьков воздуха.

Осветительный узел  3  состоит из натриевой лампы в патроне, стеклянного светофильтра, матового стекла и диафрагмы. На тыльной стороне, в нижней части осветительного узла находится тумблер включения.

На рис.2.14. показана оптическая схема прибора СМ-3. Свет от лампы  1 (натриевая лампа ДНаС 18-04.2) проходит через светофильтр  2 , конденсор  3 , поляризатор  4 , хроматическую фазовую пластинку  5 , защитное стекло  6 , трубку  7  с двумя покровными стеклами  8 ,  анализатор  9 , объектив  10 , окуляр  11  и две лупы  12 .

Методика измерения угла поворота плоскости поляризации

В поляриметре применен принцип уравнивания яркостей поля зрения, разделенного на две части. Разделение поля зрения на части осуществляется введением в оптическую систему поляриметра хроматической фазовой пластинки.

Фазовые пластинки изготавливают из искусственного кристаллического кварца с определенным направлением оптической оси. Свет от лампы, пройдя через конденсор и поляризатор, одной частью пучка проходит через хроматическую фазовую пластинку, защитное стекло, кювету и анализатор.

Другая половина пучка не проходит через фазовую пластинку. Являясь оптически активным веществом, кварц будет поворачивать плоскость поляризации падающего на него света на довольно значительный угол. При этом, как известно, угол поворота пропорционален толщине пластинки.

Изготовив пластинку определенной толщины, можно подобрать необходимый угол поворота.

Пусть направление падающего света, прошедшего через поляризатор,                                                                                                                                                                                                                                                                              перпендикулярно плоскости чертежа (рис.2.15, а), а плоскость поляризации  РР' составляет 86,5о с плоскостью поляризации  АА'  анализатора. Тогда половина светового пучка, прошедшего только поляризатор, окажется линейно поляризованной вдоль направления  РР', а плоскость поляризации другой половины светового пучка, прошедшей через фазовую пластинку, повернется и окажется направленной вдоль  ВВ'. При этом амплитуда падающего на анализатор света  будет одинакова в обеих половинках пучка света: вектор   на рис.2.15, а. Свет, прошедший анализатор, также будет иметь одинаковые амплитуды в обеих частях светового пучка:  , а половинки поля зрения  1  и  2  будут освещены одинаково:

,

где   — интенсивность падающего света.

Если между поляризатором и анализатором ввести кювету с оптически активным правовращающим раствором, то плоскость поляризации  РР' падающего света повернется на малый угол  φ по часовой стрелке (рис.2.15, б). Очевидно, что  и равномерность освещения половинок  1  и  2  поля зрения нарушится:

На рис.2.15, в в качестве примера показано, как будет меняться освещенность поля зрения анализатора в случае левовращающей оптически активной среды.

Равенство освещенностей полей сравнения можно восстановить, поворачивая анализатор на угол, равный углу поворота плоскости поляризатора раствором. Следовательно, угол вращения плоскости поляризации будет определяться по разности отсчетов, соответствующих равенству освещенности полей зрения: с оптически активным веществом и без него.

По углу вращения плоскости поляризации возможно определение концентрации оптически активных веществ. Для большинства таких веществ угол поворота определяется формулой (1.8). Тогда неизвестная концентрация  ,  где  φ – угол поворота в градусах; α – удельное вращение оптически активного вещества для излучения  λ = 589 нм  при температуре  20о С;  l – длина кюветы.

При измерении на поляриметре угла вращения плоскости поляризации правовращающими оптически активными растворами отсчеты по шкале первого отсчетного устройства и лимбу будут от  0  до  35о.

Практическая часть

Упражнение №1. Определение удельного вращения плоскости поляризации света в растворе сахара

  1.  Включить прибор в сеть.
  2.  В кюветное отделение поляриметра вставить трубку с дистиллированной водой и закрыть крышкой. Вращением втулки  8  (рис.2.13) установить окуляр на резкое изображение линии раздела полей сравнения.
  3.  Вращая ручку  6 (рис.2.13), повернуть анализатор так, чтобы половинки поля зрения были одинаково освещены (минимально освещены). При этом в поле зрения не должно наблюдаться окрашивания частей поля зрения и не должно быть заметно резкого выделения стороны хроматической фазовой пластинки. Резкое выделение стороны фазовой пластинки может происходить от неправильной установки лампы.
  4.  По лимбу и нониусу отметить нулевое положение  φ0  с точностью отсчета (по нониусу) до 0,02о .   На шкале нониуса цифра «10» соответствует отсчету 0,10о  ; «20» соответствует 0,20о  и т. д. Нулевой отсчет определить не менее трех раз, каждый раз сбивая его поворотом лимба вправо или влево. Найти среднее значение   . Полученные данные занести в табл.2.5.
  5.  Кювету с исследуемым раствором поместить в кюветное отделение поляриметра и закрыть крышкой. Затем установить втулкой окуляр на резкое изображение линии раздела полей сравнения.
  6.  Плавным и медленным поворотом анализатора добиться одинаковой освещенности (минимальной) обеих половинок поля зрения (линия раздела при этом исчезнет). Сделать отсчет    по лимбу и нониусу. Отсчет произвести не менее трех раз, сбивая положение лимба вправо и влево. Найти среднее значение   . Полученные данные занести в табл.2.5. Вычислить угол поворота плоскости поляризации  . Результат вычисления занести в табл.2.6.
  7.  Вынуть трубку с раствором; заменить ее другой; опыт повторить для всех известных концентраций сахарного раствора. Результаты измерений и вычислений занести в таблицы  2.5  и  2.6.
  8.  Вычислить удельное вращение плоскости поляризации сахара по известным концентрациям и соответствующим углам поворота плоскости поляризации. Согласно формуле (1.8), удельное вращение

,

где  φi – угол поворота плоскости поляризации в градусах,  l — толщина слоя оптически активного раствора в  см , с – концентрация раствора в  г·см-3 . Полученные результаты занести в табл.2.6.

9.  Найти среднее значение     и сравнить результат эксперимента с табличным значением: для сахарного раствора (при   λ  = 0,589 мкм)   = 4,80 град. г-1 см3 см-1.

                Определение угла поворота плоскости поляризации

и удельного вращения сахарного раствора           Таблица  2.5

№опыта φ0 ,град ,град Концентрация раствора  с  (г·см -3 )
с1 = с2 = с3 = с4 =
, град , град , град , град
1
2
3
= = = =

Таблица 2.6

Концентрацияраствора  с , (г·см -3 ) Угол поворота плоскостиполяризации  φ (град) Удельное вращениеα (град. г-1 см3 см-1)

Упражнение №2. Определение неизвестной концентрации

сахарного раствора

  1.  По данным табл.2.6. построить градуировочную кривую зависимости угла поворота плоскости поляризации от концентрации сахара в  растворе.
  2.  Кювету с раствором сахара неизвестной концентрации  сx  поместить в кюветное отделение и произвести измерение угла поворота   плоскости поляризации (Упражнение №1, пп. 4, 5, 6). Найти  среднее значение   .
  3.  По градуировочной кривой определить неизвестную концентрацию сахарного раствора по соответствующему углу   .

Контрольные вопросы

  1.  Как проявляется оптическая активность вещества?
  2.  Что такое удельное вращение?
  3.  Как объясняется явление вращения плоскости поляризации света в феноменологической теории?
  4.  Объяснить принцип уравнивания освещенностей полей зрения в поляриметре.
  5.  Как в данной работе измеряется угол поворота плоскости поляризации света сахарным раствором?
  6.  Как определить концентрацию сахара в растворе?
  7.  Где используется оптическая активность веществ?

Библиографический список

Основная литература

  1.  Матвеев А.Н. Оптика. — М.: Высшая школа, 1985. §44, с.281-284.
  2.  Ландсберг Г.С. Оптика. — М.: Наука, 1976. Гл.X X, c.607-620.

Дополнительная литература

  1.  Борн М., Вольф Э. Основы оптики. — М.: Наука, 1973.
  2.  Калитеевский Н.И.  Волновая оптика. — М.: Наука, 1971.

Рис.2.13. Основные элементы конструкции поляриметра: 1 – головка анализатора с поляризатором; 2 – кюветное отделение; 3 –осветительный узел; 4 — основание; 5 –корпус; 6 – ручка вращения лимба; 7 – окуляр; 8 – втулка для наведения на резкость

8

5

6

3

2

1

7

Рис.2.14. Оптическая принципиальная схема поляриметра СМ-3

5

3

12

11

10

9

8

7

6

4

1

2

Рис.2.15. К определению угла поворота

плоскости поляризации

а)

1

2

б)

в)

2

1

1

2

В'

Р'

Р

А'

А

Р

В

В'

А

А'

φ

Р'

В

Р

В'

А

А'

φ

Р'

В

Гост 18995.3-73 — продукты химические органические. метод определения величины удельного вращения

Удельное вращение - таблицы электронного справочника по химии, содержащие Удельное вращение

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ПРОДУКТЫ ХИМИЧЕСКИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕМетод определения величины удельного вращенияOrganic chemical products. Method for determination of specific rotation quantity ГОСТ 18995.3-73

Дата введения 01.07.74

Настоящий стандарт распространяется на органические химические продукты (реактивы, особо чистые вещества или технические продукты) и устанавливает метод определения величины удельного вращения (поляризации).

Определение удельного вращения основано на свойстве некоторых органических соединений вращать плоскость поляризации света.

Вращение называется правым (+), если оно происходит по часовой стрелке, по отношению к наблюдателю, смотрящему на источник света, и левым (-), если оно происходит против часовой стрелки.

Удельное вращение показывает угол поворота плоскости поляризации, вызываемого

индивидуальной жидкостью или раствором оптически активного вещества с концентрацией 1 г/см3, помещенного в поляризационную трубку длиной 1 дм при использовании D-линии натриевой лампы (длина волны 589,3 нм) при температуре t.

Допускается применение поляризационных трубок длиной 2 дм.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1. АППАРАТУРА

Поляриметр любого типа, позволяющий измерять угол поворота с необходимой точностью.

Термостат.

Термометр с ценой деления шкалы 0,1 °С для измерения температур от 0 до 50 °С.

Колба 1 (2)-100-2 по ГОСТ 1770.

Весы лабораторные общего назначения типа ВЛР-200 г.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

2.1. Если поляриметр имеет кожух, то перед началом определения через кожух поляризационной трубки пропускают воду из термостата в течение 10 мин, имеющую температуру (20,0 ± 0,1) °С. При отсутствии кожуха следует работать в помещении при (20 ± 3) °С.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.2. Затем определяют нулевую точку по инструкции, приложенной к прибору.

Если нулевое деление нониуса не совпадает с нулевым делением круговой шкалы, то при вычислении удельного вращения на эту величину вносят поправку со знаком плюс, когда нулевое деление нониуса переместилось по направлению часовой стрелки от нуля шкалы, и минус, если оно переместилось в направлении против часовой стрелки. Нулевую точку определяют пять раз.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.3. Масса испытуемого вещества в 100 см3 раствора, растворитель, а также точность измерения угла поворота плоскости поляризации должны быть указаны в нормативно-технической документации на соответствующее вещество.

Испытуемое вещество взвешивают (результат взвешивания в граммах записывают с точностью до четвертого десятичного знака), количественно переносят в мерную колбу, калиброванную при 20 °С, разбавляют водой или другим растворителем, не доливая до метки 2-3 см3.

Колбу с раствором вьщерживают в термостате при (20,0 ± 0,1) °С в течение 30 мин, доводят объем раствора до метки водой или растворителем, перемешивают и снова вьщерживают в термостате при той же температуре в течение 10 мин.

Раствор должен быть прозрачным.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

2.4. При определении удельного вращения индивидуальной жидкости ее вьщерживают в термостате при (20,0 ± 0,1) °С в течение 30 мин.

2.5. Допускается использование линии ртутной лампы (длина волны 546 нм) при применении автоматического светоэлектрического прибора.

2.4, 2.5. (Измененная редакция, Изм. № 2).

2.6. При применении автоматического прибора подготовку ведут по инструкции, прилагаемой к прибору.

2.7. Испытуемая индивидуальная жидкость или раствор оптически активного вещества должны быть прозрачными, при наличии мути их фильтруют.

2.6, 2.7. (Введены дополнительно, Изм. № 1).

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

3.1. Испытуемый раствор или индивидуальную жидкость помещают в поляризационную трубку так, чтобы на верхнем конце трубки образовался выпуклый мениск. На конец трубки надвигают скользящим движением покровное стекло, срезая при этом мениск. На стекло помещают прокладку и прижимают винтом верхнюю крышку; при этом в трубке не должно оставаться пузырьков воздуха.

Трубку с испытуемым раствором или индивидуальной жидкостью помещают в желоб прибора, закрывают сверху крышкой и наблюдают через окуляр освещенность поля при (20,0 ± 0,1) °С. Вращением маховика и микрометрического винта добиваются освещенности поля и четкого изображения линии раздела.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

3.2. Отсчет на приборе ведут по шкале следующим образом: число целых градусов отсчитывают от нуля круговой шкалы диска до нулевой черты нониуса. Затем отмечают, какое деление нониуса совпадет с делением круговой шкалы, и находят число десятых и сотых долей градуса. Таким образом измеряют угол вращения в градусах.

Измерение повторяют пять раз.

Из пяти повторных измерений вычисляют среднеарифметическое значение и при необходимости вносят поправку, полученную при определении нулевой точки.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Удельное вращение  вычисляют по одной из формул, указанных ниже:

для индивидуальных жидкостей

для растворов

где a — наблюдаемый угол вращения, град.;

l — длина трубки, дм;

r — плотность испытуемой жидкости при 20 °С, г/см3;

т — масса испытуемого вещества в 100 см3 раствора, г.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

4.2. Допускаемые расхождения между результатами двух параллельных определений и суммарная погрешность определения должны быть указаны в нормативно-технической документации на соответствующее вещество.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химической промышленности СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 17.07.73 № 1740

3. ВЗАМЕН ГОСТ 9884-61 в части разд. 3

4. Стандарт содержит все требования СТ СЭВ 3677-82

5. В стандарт введен международный стандарт ИСО 6353-1-82 (GM 5.26)

6. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка Номер раздела
ГОСТ 1770-74 1

7. Ограничение срока действия снято по протоколу № 7-95 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-95)

8. ИЗДАНИЕ (август 2009 г.) с Изменениями № 1, 2, утвержденными в мае 1983 г., июне 1990 г. (ИУС 8-83, 9-90)

СОДЕРЖАНИЕ

Зависимость угла вращения от условий измерения

Удельное вращение - таблицы электронного справочника по химии, содержащие Удельное вращение

Измерение вращения плоскости поляризации света оптически активных веществ осуществляется благодаря методу физико – химического исследования – поляриметрии.

Измерения осуществляют с помощью оптических приборов — поляриметров, в которых через систему двух поляризующих призм последовательно проходит луч света.

Так как между концентрацией оптически активного вещества и углом вращения существует пропорциональная зависимость, поляриметрические измерения можно использовать для количественного определения оптически активного вещества.

Оптическое вращение, найденное при помощи поляриметрии, пересчитывают в молекулярное или удельное вращение.

По результатам определения знака и величины вращения плоскости поляризации можно предположить и доказать строение, пространственную конфигурацию вещества, сделать выводы о механизме реакции и др.

Хиральные соединения по разному действуют на плоскополяризованный свет. Энантиомеры хирального вещества оказывают действие на поляризованный свет, поэтому являются оптическими изомерами.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Замечание 1

Если раствор содержит два энантиомера с равными концентрациями, то он не вызывает вращения плоскости поляризации света и его называют рацемической смесью.

Поляриметрия широко применяется:

  • В производстве антибиотиков (определение пенициллина и энзима пенициллиназы при их совместном присутствии). Пенициллин разрушается энзимом пенициллиназы. Так как продукты разрушения пеницилина не обладают оптической активностью, то оптическая активность раствора уменьшается. Изменение вращения плоскости поляризации позволяет определить изменение содержания пенициллина во времени.
  • В фармацевтическом производстве для идентификации лекарственных средств.
  • Для анализа алкалоидов, эфирных масел и др.

Например: Выделенная из камфорного базилика камфора дает правовращающийся раствор в спирте, при этом удельное вращение плоскости поляризации составляет +8,6º, а выделенная из полыни – дает левовращающийся раствор с удельным вращением плоскости поляризации равным -8,6º. Синтетическая камфора не вращает плоскость поляризации.

Факторы, влияющие на угол вращения

Удельное вращение $[alpha]$ можно выразить через соотношение

$φ=[alpha]cdot l cdot C.$

Тогда для каждого энантиомера величина вращения зависит от:

  • длины волны света;
  • толщины образца;
  • концентрации оптически активного вещества;
  • природы растворителя;
  • температуры;
  • давления (для газов).

Замечание 2

При определении изучении оптической активности вещества учитывают температуру и длину волны ${{
m [}alpha {
m ]}}t_{lambda }$. Если вращение измерено при длине волны, которая соответствует $D$-линии натриевой лампы (при 589 нм — желтый цвет), то удельное вращение имеет вид [$alpha $]D.

Величина молярного вращения ${{
m [М]}}t_{lambda }$ соответствует выражению:

[{{
m [М]}}t_{lambda }=frac{{{
m [}alpha {
m ]}}t_{lambda }cdot М}{100},]

где $M$ – молекулярный вес.

При изменении длины волны, концентрации и растворителя, знак вращения может меняться.

Удельное вращение увеличивается при повышении температуры, а при увеличении длины волны – уменьшается.

Для растворов веществ, чья оптическая активность предопределена молекулярным строением, удельное вращение плоскости поляризации будет зависеть от концентрации раствора и эту зависимость выражают в виде степенного ряда.

Пример 1

Ддля сахарозы

[{alpha }{20}_D=66,56+8cdot {10}{-4}с-2cdot {10}{-4}с2.]

Если удельное вращение плоскости поляризации $alpha $ для вещества является величиной постоянной, то определяют угол вращения $eta $, а потом по формуле

[C=frac{eta }{balpha }]

вычисляют концентрацию раствора.

На практике возможны отклонения от линейной зависимости $[alpha]$ от концентрации за счет диссоциации, ассоциации и взаимодействия между растворенным веществом и растворителем.

Пример 2

Карбоновые кислоты, обладающие хиральностью, могут менять величину и знак вращения в зависимости от кислотности и основности растворителя, так как недиссоциированная кислота и ее анион характеризуются разной величиной вращения.

Метод поляриметрии применяют для изучения гидролиза сахарозы под влиянием кислоты. В результате реакции образуются $D$-глюкоза и $D$-фруктоза

$C_{12}H_{22}O_{11} → C_6H_{12}O_6 + C_6H_{12}O_6$

Удельное вращение сахарозы — +65,5º, D-глюкоза — +52,5º, D-фруктоза — -93,0º.

Замечание 3

В процессе гидролиза удельное вращение плоскости поляризации изменяется от +65,5 до -20,2º((+52,5-93,0)/2). Это позволяет по изменению α исследуемого раствора находить содержание сахарозы.

Электронные спектры хиральных молекул

Кривые кругового дихроизма (КД) и дисперсии оптического вращения (ДОВ) тесно связаны с электронными спектрами хиральных молекул:

При индивидуальном электронном переходе максимумы на УФ- и КД-кривых и точка, в которой кривая ДОВ меняет знак, почти совпадают.

На схеме изображен положительный эффект Коттона. В случае, когда максимум кривой КД и длинноволновой экстремум кривой ДОВ отрицательны (направлены вниз), эффект Коттона является отрицательным. При этом энантиомеры дают зеркально – симметричные кривые ДОВ и КД.

В случаях, когда есть несколько максимумов в УФ-спектре, эффект Коттона может быть сложным.
Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.