Determinarea concentratiei substantelor optic active prin metoda polarimetrica

Determinarea concentratiei substantelor optic active prin metoda polarimetrica

I. Notiuni teoretice

Lumina, ca orice unda electromagnetica, consta dintr-un camp electric (E) si un camp magnetic (B). Cele doua campuri oscileaza in faza, perpendicular pe directia de propagare (figura 13.1), fiind perpen-diculare si intre ele. Lumina este o unda transversala.

Figura 13.1. In fiecare punct al spatiului atins de o unda electromangetica,

vectorii E si B, oscileaza in faza, in directii normale pe directia de propagare.

S-a stabilit pe cale teoretica si experimentala ca actiunile luminoase (impresionarea retinei) se datoresc in exclusivitate vectorului electric si nu celui magnetic.

Lumina este emisa sub forma de unde electromagnetice de atomii excitati ai sursei de lumina si ca atare se poate afirma ca fiecare atom emite lumina polarizata. Datorita faptului ca fiecare atom emite unde electromagnetice de polaritati diferite, lumina emisa de multitudinea de atomi este in ansamblu nepolarizata.

Lumina emisa deci, in acest mod nu are o directie preferentiala de oscilatie si poarta numele de lumina naturala. In lumina naturala planul de oscilatie al vectorului electric se deplaseaza de-a lungul directiei de propagare cu viteza luminii (figura 13.2a). Daca vectorul electric are o singura directie de oscilatie avem de a face cu lumina total polarizata sau lumina liniar polarizata (figura 13.2b). Daca vectorul electric oscileaza dupa mai multe directii (figura 13.2c) dar care sunt cuprinse intr-un anumit interval unghiular avem lumina partialial polarizata.

Figura 13.2. Diferenta dintre lumina naturala, lumina total polarizata si lumina partial polarizata din punctul de vedere al directiei de oscilatie a vectorului camp electric.

Lumina naturala poate fi polarizata prin reflexie, respectiv refractie (figura 13.3) sau prin dubla refractie (figura 13.4).

Figura 13.3. Polarizarea prin reflexie, respectiv refractie.

In lucrarea de fata ne vom ocupa doar de polarizarea luminii prin dubla refractie, utilizand un cristal de spat de Islanda. Cristalul este taiat dupa una din diagonale, iar fetele astfel obtinute se lipesc cu balsam de Canada. Ansamblul astfel obtinut poarta denumirea de nicol.

Figura 13.4. Polarizarea prin dubla refractie.

Polarizarea luminii prin dubla refractie genereaza doua raze polarizate, avand planele de polarizare perpendiculare (figura 13.4):

- raza ordinara, care se supune legilor refractiei;

Referat: Vitaminele - surse alimentare de vitamine Referat: 41 de sfaturi pentru viata lunga recomandate de doctor

- raza extraordinara, care nu se supune legilor refractiei.

Balsamul de Canada are pentru raza extraordinara un indice de refractie foarte apropiat de cel al spatului de Islanda si ca atare aceasta va trece practic nedeviata prin nicol.

Raza ordinara, odata intrata in nicol sufera reflexie totala pe fata AB (pentru aceasta raza balsamul de Canada are indicele de refractie considerabil mai mic fata de spatul de Islanda) si este eliminata.

Unele substante (in majoritate organice), datorita prezentei unuia sau mai multor atomi de C asimetrici prezinta proprietatea de a roti planul de polarizare a luminii incidente. Astfel de substante se numesc substante optic active. Daca planul de polarizare este rotit spre dreapta, substanta se numeste dextrogira (de exemplu: glucoza, lactoza, alanina, progesteron etc). In cazul in care planul de polarizare este rotit spre stanga, substanta se numeste levogira (de exemplu: fructoza, serina, colesterolul etc). Substantele optic inactive nu rotesc planul de polarizare.

Unghiul de rotatie depinde de concentratia substantei, de lungimea de unda a luminii folosite si de lungimea stratului de substanta strabatut conform relatiei:

 (1)

unde:

c = concentratia procentuala a substantei (g la 100ml solutie);

l = lungimea stratului de substanta strabatut (l = 0.19014m);

α = unghiul de rotatie determinat;

 = unghiul de rotatie specifica dat de o coloana de lichid de lungine l, de concentratie 1g/ml, la temperatura de 20°C pe care cade o radiatie avand lungimea de unda λ=589.2nm si valoarea de 52.75° pentru glucoza pura.

II. Parte experimentala

Descrierea aparatului: Polarimetrul circular 'SM' (figura 13.5) se compune din urmatoarele elemente:

- polarizor, care este un nicol pe care cade lumina provenita de la o sursa de lumina; la iesirea din polarizor se obtine lumina plan polarizata;

- tub de sticla in care se introduce solutia de cercetat;

 

Figura 13.5. Schema polarimetrului circular.

- analizor, care este tot un nicol; in cazul in care planul de vibratie a luminii este paralel cu planul analizorului, lumina trece prin analizor, deci in ocular luminozitatea este maxima; in cazul in care planul de vibratie este perpendicular pe planul analizorului, in ocular luminozitatea este minima;

- vernier, constituit dintr-un inelar circular fix pe care sunt inscrise unghiuri intre 0 si 360° si o placa circulara legata solidar cu analizorul, care poate fi rotita cu ajutorul unui dispozitiv de rotire fina si pe care sunt gravate doua seturi de cate 20 de diviziuni incepand cu 0 si terminand cu 10.

Citirea: in momentul in care diviziunea 0 de pe inelul exterior coincide cu diviziunea 0 de pe una din scarile gravate pe placa circulara interioara, avem extinctie (luminozitate minima) datorita pozitiei perpendiculare a planului polarizorului fata de cel al analizorului.

In momentul introducerii solutiei de cercetat in tub, datorita rotirii planului de polarizare se modifica luminozitatea campului vizual; pentru a ajunge din nou la luminozitatea minima initiala, se roteste vernierul; unghiul obtinut care reprezinta unghiul de rotire a planului de polarizare se citeste in felul urmator:

- gradele se citesc pe inelul exterior, diviziunea 0 de pe placa interioara depaseste diviziunea 3 de pe inelul exterior, numarul de grade va fi deci, egal cu 3;

- zecimalele de grad se citesc pe placa interioara; se cauta acea diviziune de pe placa interioara care se suprapune cu o diviziune de pe inelul exterior; in exemplul nostru suprapunerea perfecta apare la diviziunea 6.5 de pe placa interioara; deci unghiul de rotire va fi in cazul nostru 3.65°.

- mansonul prevazut la capat cu un ocular, care permite obtinerea unei imagini circulare clare prin deplasarea inainte inapoi.

In cadrul lucrarii se va determina:

- α₀ corespunzator tubului gol;

- α₁ corespunzator tubului umplut cu solutia numarul 1;

- se calculeaza unghiul de rotire a planului de polarizare;

- in mod asemanator se determina α₂.

Figura 13.6. Imaginea vazuta prin ocular in timpul determinarilor.

Mod de lucru

- privind prin ocular se potriveste sursa de lumina (daca este cazul) prin miscarea stanga ­dreapta a suportului becului;

- pentru a obtine α₀ se luczeaza cu tubul gol;

- prin rotirea placii interioare se observa o imagine divizata net in trei campuri (o banda intunecata marginita de doua campuri luminoase (figura 13.6a); rotind in continuare se cauta imaginea in care banda luminoasa este marginita de doua campuri intunecate (figura 13.6b); intre cele doua imagini extreme se cauta obtinerea unui camp cu luminozitate uniforma si minima (figura 13.6c).

- se citeste unghiul de rotire in modul descris mai sus; se efectueaza mai multe determinari cu tubul gol si se calculeaza media aritmetica a citirilor, notandu-se cu α_0med valoarea obtinuta;

- se scoate tubul si se umple cu solutia de cercetat; se introduce tubul plin cu solutie in jgheab si se acopera cu capacul metalic;

- privind in ocular se observa ca imaginea a devenit neuniform iluminata; se roteste placa interioara si se obtine din nou un camp de luminozitate minima si uniforma (situat tot intre cele doua pozitii extreme descrise mai sus); se citeste unghiul de rotire si se noteaza cu α₁; se repeta procedeul de mai multe ori;

- se calculeaza media aritmetica si se noteaza cu α_1med

- se calculeaza diferenta: α = α_1med - α_0med

- se repeta operatiile de mai sus si pentru celelalte solutii de cercetat, iar rezultatele obtinute se trec in tabelul de mai jos;

- cu ajutorul formulei (1) se calculeaza concentratia.