Введення
Поляриметрія являє собою метод вимірювання, призначений для визначення оптичної активності речовини.
Поляриметрія стосується найстарішим методам фізичного кількісного аналізу (закон Біо був відкритий в 1831 р.).
Поляриметри - це прилади для визначення концентрації та ідентифікації оптично активних речовин.
Природна оптична активність - це властивість молекул, переважно молекул органічних сполук, викликати поворот площини коливань лінійно поляризованого пучка променів. Лінійно поляризований стан електромагнітної хвилі характерно тим, що магнітні вектори амплітуди нескінченно витягнутої послідовності хвиль лежать в одній площині. Природне світло являє собою результат багатьох процесів випромінювання і не має впорядкованої поляризації. Лінійно поляризоване світло можна отримати лише за допомогою певних оптичних засобів - поляризаторів.
1. Теоретичні основи методу
Лінійно поляризоване світло можна представити як результат накладення двох когерентних складових частин з круговою поляризацією, що мають протилежні напрямки обертання. Вектори амплітуд обох потоків хвиль з круговою поляризацією описують протилежні по напрямку гвинтові траєкторії, що мають однакову швидкість, частоту і вихідну фазу на прямий розповсюдження. Так як обидва потоки між собою интерферируют, результуючий вектор амплітуди знаходиться в одній площині.
Спостережуване обертання площини коливання сумарного вектора амплітуди двох кругових частин хвилі оптично активними речовинами можливо лише в тому випадку, якщо обидві частини хвилі з круговою поляризацією вздовж пройденого шляху мають різну швидкість, т. е. одна частина потоку сповільнюється в порівнянні з іншого. Так як зміна швидкості світла в речовині в порівнянні з граничною швидкістю у вакуумі характеризується коефіцієнтом заломлення, оптично активні речовини повинні викликати подвійне кругове переломлення, т. Е. Описуватися двома коефіцієнтами заломлення. Передумовою для кожного виду подвійного заломлення є ступінь впорядкованості носіїв заряду та напрямів їх полів всередині речовини. Речовини з подвійним лінійним заломленням завжди мають одну або декілька площин симетрії. Для речовин з подвійним круговим заломленням, т. Е. Для оптично активних речовин, характерна відсутність площині симетрії, вони без винятку просторово асиметричні. З цієї вимоги асиметрії випливає, що хімічні елементи, одно- і багатоатомні гази і майже всі неорганічні сполуки є оптично неактивними. Набагато перевершує число оптично активних органічних і біологічних речовин міститься серед сполук вуглецю. У більш великих молекулах до оптичної активності призводить також спіральна структура.
Розрізняють речовини з правим і лівим обертанням. Напрямок обертання визначається за наступним правилом: речовина має праве обертання (праве обертання позначається знаком +, d або D ), якщо площина поляризації при розгляді в напрямку джерела світла повертається за годинниковою стрілкою; при лівому повороті (позначення -, l або L ) площину поляризації повертається проти годинникової стрілки. Внаслідок вимоги асиметричності для кожної оптично активної молекули існує антипод з протилежним напрямком обертання і дзеркально відбитим побудовою молекул. При синтезі оптично активних речовин ймовірність утворення однакова для обох антиподів, тому получающаяся суміш, яка називається рацематом, містить обидва антипода з однаковою ймовірністю. Внаслідок адитивності властивості оптичної активності результуюче сумарне обертання для рацемату дорівнює нулю. Очевидно, що рацемат не є оптично активним. Так як антиподи рацемату хімічно адекватні, то, як правило, їх не можна розділити хімічним шляхом; для цього придатні лише поляриметричні методи.
Оптична активність сильніше, ніж інші оптичні явища, залежить від довжини хвилі. Ця залежність викликається оптичної обертальної дисперсією. У спектральних областях при відсутності абсорбції зниження довжини хвилі підсилює обертання. У смугах абсорбції оптично активних сполук за аналогією з аномаліями коефіцієнта заломлення мають місце аномалії обертання. Так як оптично активні речовини мають круговим подвійним заломленням, то вони характеризуються двома коефіцієнтами заломлення n R і n L (для світла з лівого і правого круговою поляризацією), які в смугах з абсорбцією можуть бути представлені у вигляді комплексних чисел. Це властивість, яка називається круговим дихроизмом (різна абсорбція для світла з лівого і правого поляризацією), призводить до еліптичної поляризації спочатку лінійно поля...
