Поляриметрический анализ

Поляриметрический анализ относится к группе оптических методов и основан на способности некоторых растворов вращать плоскость поляризации света. Эффект вращения плоскости поляризации был открыт в 1811 г. Д. Араго на кристаллах кварца, а в 1815 г. аналогичное явление обнаружил Ж. Био при исследовании растворов. Как оказалось, существуют право- и левовращающие молекулы.

Известно, что обычный луч света представляет собой пучок волн равно ориентированных по всем направлениям плоскости, перпендикулярной направлению распространения луча. При прохождении луча через оптически активные кристаллы (поляроиды) происходит его поляризация, суть которой заключается в появлении только одного направления колебаний в плоскости (рисунок 8.41). Такой луч получил название необыкновенного или плоскополяризованного. Явление изменения направления плоскости поляризации при прохождении поляризованного света через оптически активные среды получило названия вращения плоскости поляризации.

Рисунок 8.41. Направление плоскости колебаний в обыкновенном луче (а) и

в плоскополяризованном или необыкновенном (б)

Применяемая терминология:

Ø оптически активные вещества или среды – это вещества,, способные вращать плоскость поляризации света;

Ø оптические изомеры – органические вещества имеющие одинаковую брутто-формулу, но различное пространственное строение (структуру), отличающиеся по своим оптическим свойствам;

Ø поляризация света – явление, заключающееся в появлении плоскости направленных колебаний светового пучка;

Ø поляроид – устройство, которое применяют для получения поляризованного света, представляющее собой кристалл или призму, пропускающую свет только в одном направлении;

Ø обыкновенный луч – луч, для которого все направления колебаний в плоскости, перпендикулярной направлению пучка, равновероятны;

Ø необыкновенный или плоскополяризованный луч – это пучок света, колебания в котором происходят только в одной плоскости и имеют определенную пространственную ориентацию;

Ø поляриметр – устройство, позволяющее измерять угол вращения плоскости поляризации;

Поляризация света была впервые обнаружена для кристаллов полевого шпата () как эффект двойного лучепреломления. Этот эффект обусловлен расщеплением светового пучка на два луча: обыкновенный и необыкновенный (поляризованный). При упорядоченных колебаниях в определенном направлении свет поляризован линейно и сохраняет первичное положение плоскости поляризации.

Если на пути поляризованного пучка света поставить второй поляризующий кристалл – поляроид, то в зависимости от его ориентации, свет будет либо проходить свободно, либо гасится, (когда оптические оси кристаллов взаимно перпендикулярны друг другу, т.е. скрещены). Тогда, при вращении второго поляроида, можно наблюдать либо ярко освещенное поле (при взаимно параллельных оптических осях), либо – темное (при скрещенных осях). Оптически активное вещество, помещенное между двумя поляроидами, смещает положение плоскости поляризации за счет ее поворота на некоторый угол . Это приводит к изменению освещенность поля за вторым поляроидом и позволяет непосредственно измерить величину угла поворота плоскости поляризации (рисунок 8.42). Данный принцип положен в основу работы всех круговых или -поляриметров.

Рисунок 8.42. Схема, поясняющая принцип работы кругового поляриметра.

а – оси поляризатора и анализатора – параллельны;

б – оси поляризатора и анализатора взаимно перпендикулярны (скрещены);

Оказалось, что различные по структуре молекулы по-разному вращают плоскость поляризации. Существуют правовращающие и левовращающие вещества. Такими свойствами обладают многие органические соединения, образующие пространственные или оптические изомеры.

Если плоскость поляризации поворачивается по часовой стрелке, то это правовращающая молекула или D-форма. Если плоскость поляризации поворачивается против часовой стрелки, то это левовращающая молекула или L-форма. На рисунке 8.43 приведены структурные формулы D- и L-изомеров глицеринового альдегида и аланина. Таким образом, явление вращения плоскости поляризации напрямую связано с пространственной структурой молекул, а также их биологической активностью, физико-химическими свойствами (температурами плавления и кипения).