Поляриметрия

Поляриметрия — определение количества различных оптически активных веществ (глюкоза, белок), обладающих способностью отклонять плоскость поляризации светового луча от прямого направления вправо или влево.

От источника света лучи распространяются в различных плоскостях (рис. 58). Волны их расходятся в виде конуса, вершиной которого является источник света (i). Если на пути такого светового луча поставить экран (2), то его изображение (сечение) будет иметь форму круга. Если поставить на пути световых волн трехгранную призму (4) , называемую поляризатором, то прошедшие сквозь нее световые волны расположатся в одной плоскости, называемой плоскостью поляризации. Если поставить экран на пути поляризованного луча, то его изображение (сечение) будет иметь вид прямой вертикальной линии (5).
Поставим на пути поляризованного луча стеклянный сосуд с жидкостью (5), содержащей глюкозу (виноградный сахар), которая обладает свойством вращать плоскость поляризации вправо.

Рис. 58. Поляризация светового луча. 1 – источник света; 2 – экран; 3 – сечение луча в форме круга; 4 – поляризатор; 5 – сечение луча в виде прямой вертикальной линии; 6 – сосуд с раствором глюкозы; 7 – сечение луча в виде отклоненной вправо прямой.

Поляризованный луч, прошедший через раствор глюкозы, отклоняется. На экране он отобразится в виде наклоненной вправо прямой (7). Угол между вертикалью и наклоненной прямой тем больше, чем больше глюкозы содержится в растворе.

Не все сахара вращают плоскость поляризации вправо. Фруктоза, например, отклоняет ее влево. Белки также отклоняют плоскость поляризации влево.

Поляриметрическое определение количества глюкозы и других веществ в растворе основано на измерении величины угла отклонения плоскости поляризации. Это измерение производится при помощи поляриметра (рис. 59).

Рис. 59. Поляриметр. 1 – стойка; 2 – основание; 3 – источник света; 4 – поляризатор; 5 – муфта;
6 – стеклянная трубка для исследуемого раствора; 7 – анализатор; 8 – фрикцион; 9 – окуляр; 10 – лимб.

Устройство прибора

Поляриметр круговой монтируется на штативе-стойке (1), опирающейся на тяжелое круглое основание (2), что делает его устойчивым, На штативе укреплен источник света (5), представляющий собой лампу в круглом футляре с щелью шириной 1 см, через которую луч света поступает в оптическую часть прибора. Она состоит из призмы поляризатора (4), муфты (5) со стеклянной трубочкой (6), предназначенной для исследуемого раствора, призмы анализатора (7), связанной с винтом-фрикционом, и окуляра (9). Оранжевый светофильтр ограничивает поступление в прибор света, так как пропускает лучи только с определенной длиной волны (рис. 60). Призма- поляризатор (4) собирает эти лучи в одной вертикальной плоскости.

Рис. 60. Ход лучей в поляриметре. 2 – световые лучи; 3  – источник света; 4  – призма-поляризатор; 5 – стеклянная трубка с исследуемым раствором; 7 – призма-анализатор; 8 – фрикцион; 9 – окуляр; 10 – лимб.

При прохождении луча через раствор глюкозы (6) плоскость поляризации отклоняется вправо, и отклоненный луч попадает на призму-анализатор (7). При поворачивании фрикциона (8) вращается и анализатор, возвращая этим отклоненный луч в вертикальное положение. Угол поворота анализатора пропорционален количеству глюкозы в растворе и отражается в показаниях нониуса и лимба (10) так как нониус связан с анализатором.

Техника работы с прибором

Перед работой проверяют установку прибора, для чего в кювету наливают дистиллированную воду (она не отклоняет плоскость поляризации) и прибор ставят в нулевое положение, т. е. 0 лимба соответствует 0 нониуса.

Поворачивая от руки окуляр, добиваются четкого изображения поля зрения, разделенного на 3 части. Оранжевый светофильтр обусловливает желтовато-оранжевую окраску поля зрения. При нулевом положении прибора поле зрения должно быть равномерно затемнено и линии раздела почти не видны (рис. 61, 1).

Рис. 61. Изменения поля зрения поляриметра в разные моменты исследования.

Исследуемый раствор специально обрабатывают для поляризации. Он должен быть прозрачным, бесцветным, слабокислой реакции и, кроме исследуемого, не содержать других веществ, вращающих плоскость поляризации. Например, мочу обесцвечивают при помощи ацетата свинца (5-10 г на 100 мл мочи), отстаивают и фильтруют через сухой фильтр. Щелочную мочу подкисляют слабой уксусной кислотой. Если моча содержит белок, то его нужно удалить, так как он вращает плоскость поляризации влево.

Подготовленный таким образом раствор наливают в чистую сухую кювету, т. е. в стеклянную трубку со съемными защитными стеклами на концах, завинчивающимися колпачками с резиновыми прокладками. При заполнении трубки нужно следить за тем, чтобы в нее не попали пузырьки воздуха, так как они искажают результат исследования. Трубку держат вертикально, жидкость наливают до ее краев, защитное стекло быстрым движением надвигают сбоку, закрывая просвет трубки, и завинчивают колпачком. Снаружи трубка должна быть сухой. Если капли жидкости попали на нее, то их следует удалить фильтровальной бумагой. Затем кювету вставляют в муфту и закрывают шторкой, предохраняющей от попадания в прибор постороннего света.

Когда кювета с раствором глюкозы вставлена в прибор, то изменяется вид поля зрения: наружные его части просветляются, а средняя становится более темной (см. рис. 61, II).

Медленно поворачивая фрикцион, изменяют освещенность поля зрения до тех пор, пока оно снова не станет равномерно затемненным (см. рис. 61, III). После этого можно снимать показания прибора, на окуляре укреплены две маленькие лупы, через которые удобно производить отсчет по лимбу и нониусу (рис. 62).

Рис. 62. Лимб и нониус поляриметра. Показание поляриметра 3,85% глюкозы.

Лимб представляет собой укрепленный неподвижно диск, разделенный на 360°. Каждое деление лимба соответствует 1% глюкозы в растворе. Внутри расположен нониус – подвижная шкала, связанная с фрикционом и отражающая угол поворота анализатора. Цена каждого деления нониуса 0,05% глюкозы в растворе. Целое число процентов глюкозы равно числу делений, на которое 0 нониуса отошел от 0 лимба. Затем отмечают, какое деление нониуса совпадает с одним из делений лимба. Это деление нониуса называет десятые и сотые доли процента глюкозы в растворе.

Уход за прибором

Поляриметр, как всякий оптический измерительный прибор, требует бережного обращения. Его необходимо предохранять от ударов и сотрясений, в нерабочее время покрывать футляром, предохраняющим от пыли. После каждого определения кювету следует многократно промыть водопроводной водой, ополоснуть дистиллированной водой и высушить.

Оптические части прибора протирают мягкой чистой тряпочкой, не оставляющей ворсинок.