Поляриметрия

С ВЕЩЕСТВОМ

ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Здесь будут рассмотрены методы, основывающиеся на использовании различных явлений и эффектов, возникающих при взаимодействии частиц подготовленной пробы с электромагнитным полем. Как нами было показано в разделе 2.2.6, в результате подобного взаимодействия наблюдаются явления, которые можно объяснить с корпускулярно-волновой точки зрения, приняв за данность тот факт, что электромагнитное излучение (свет) ведет себя в зависимости от условий эксперимента то как частица, то как волна. Эта двойственная природа света получила название корпускулярно-волнового дуализма электромагнитного поля.

Многообразие типов взаимодействия вещества с электромагнитным излучением, разработка и совершенствование аппаратуры для измерения получаемого аналитического сигнала способствовало развитию большого числа методов анализа этой группы. В практике анализа пищевых продуктов наряду с испытанными временем (рефрактометрия, поляриметрия, фотометрия и флуориметрия) находят применение и новые перспективные методы, к которым в первую очередь следует отнести атомно, -абсорбционный, рентгенофлуоресцентный, ЯМР, радиационный и ряд других методов анализа.

Поляриметрией называется метод измерения величины вращения плоскости поляризации света при прохождении его через среду, обладающую оптической активностью. Под оптической активностью понимается способность среды вращать плоскость поляризации проходящего сквозь нее оптического излучения (света). Впервые оптическая активность была обнаружена в 1811 году французским исследователем Араго у кварца. Позднейшие исследования показали, что не только минералы, но и жидкости (например скипидар), а также растворы и пары многих, главным образом органических веществ, обладают оптической активностью, обусловленной их строением. Ученый из Франции Ж. Б. Био в 1815г. установил, что: S для раствора угол поворота а плоскости поляризации линейно зависит

от толщины А. слоя раствора и концентрации с в нем активного вещества (коэффициент [а] называется удельной оптической активностью):

S поворот происходит либо по часовой стрелке (<р > 0), либо против нее (<р < 0), если смотреть навстречу ходу световых лучей. Соответственно оптически активные вещества, проявляющие естественную оптическую активность, разделяют на правовращающие (положительно вращающие) и левовращающие (отрицательно вращающие). Подобное условное деление применимо в широком диапазоне волн излучения. Оно теряет свой смысл лишь вблизи полос собственного (резонансного)¹ поглощения среды.

Феноменологическую теорию оптической активности разработал О. Ж. Френель, объяснивший ее различием показателей преломления (2.2.6.14) среды для право- и левополяризованных по кругу компонент линейно поляризованного света.

Поляризация света является характеристикой оптического излучения, описывающая поперечную анизотропию (неравенство свойств) световых волн, то есть неэквивалентность различных направлений в плоскости перпендикулярной световому лучу.

Свет, испускаемый отдельным атомом (молекулой) в каждом акте излучения, всегда поляризован, но макроскопические источники света состоят из очень большого количества таких частиц - излучателей, поэтому пространственная ориентация света, излученного этим источником, хаотична, то есть свет такого источника неполяризован. Тем не менее существует возможность выбрать из большого количества разнообразно ориентированных в пространстве фотонов только те, которые обладают одинаковой ориентацией. Такая процедура называется поляризацией светового пучка, а инструмент, с помощью которого она достигается, носит название поляризатора.

Чрезвычайно высокая чувствительность методов, основанных на исследованиях оптической активности различных веществ, простота используемого оборудования и применяемых методик обусловили их широкое распространение в области товароведения. С их помощью можно исследовать такие вещества, как сахароза, фруктоза, глюкоза, винная кислота. Поляриметрический метод исследований разработан для количественного определения этих компонентов в продуктах.

Прибор, с помощью которого осуществляется измерение оптической активности (угла вращения плоскости поляризации монохроматического света) в оптически активных веществах, называется поляриметром. На рис.5.2.4.1 представлена принципиальная схема поляриметра, построенного по схеме полутеневых приборов, в которых измерение сводится к визуальному уравниванию яркостей двух половин поля зрения прибора и последующему считыванию показаний со шкалы вращений, снабженной нониусом.

Луч света от источника 1 (обычно источником является ртутная или натриевая лампа) при прохождении через конденсор 2, служащий для концентрирования светового потока и полутеневой поляризатор 3 - 4, в качестве которого используются призмы Николя или поляроидные пленки, поляризуется в плоскости. Поляризованный свет пропускается через кювету 5 с исследуемым оптически активным веществом и попадает в анализатор 6, в роли которого обычно также выступает призма Николя. Если плоскости поляризации обеих призм расположены перпендикулярно друг относительно друга, поляризованный свет в отсутствии исследуемого вещества через анализатор не проходит. Чтобы после помещения в прибор оптически активного вещества поляризованный свет не проходил через анализатор, его необходимо повернуть на некоторый угол» вправо или влево. Анализатор механически соединен с отсчетным устройством, снабженным окуляром 8, через который считывается показание угла поворота анализатора. Этот утол представляет собой наблюдаемое опгическое вращение, которое пересчитывается в удельное или молярное вращение.

Под удельным вращением понимают угол, на который повернется плоскость поляризации при прохождении поляризованного луча через раствор, в 1 мл которого содержится 1 г растворенного вещества, при толщине слоя раствора (длине кюветы) равной 1 дм.

Удельное вращение зависит не только от природы вещества, но и от растворителя, температуры, длины волны света, поэтому его принято относить к температуре 20°С, к желтой линии спектра излучения атома натрия.

Наиболее распространенной разновидностью поляриметра является сахариметр, предназначенный для определения содержания сахарозы в растворах. В отличие от поляриметров других видов, сахариметр имеет линейную шкалу, градуированную по сахарозе-("сахарные" градусы). 100% этой шкалы соответствуют 34,62 кругового градуса шкалы поляриметра.

Наиболее распространенной разновидностью поляриметра является сахариметр, предназначенный для определения содержания сахарозы в растворах. В отличие от поляриметров других видов, сахариметр имеет линейную шкалу, градуированную по сахарозе ("сахарные" градусы). 100% этой шкалы соответствуют 34,62 кругового градуса шкалы поляриметра.