1
ÚLOHA 7: Polarimetrická analýza sacharidů Příprava Prostudujte základy polarimetrie - nepolarizované a polarizované světlo, polarizace světla lomem a odrazem, optická aktivita látek a jejich interakce s polarizovaným světlem, měrná otáčivost, molární otáčivost, vliv teploty a vlnové délky, analytické využití polarimetrie. 2. Seznamte se s konstrukcí polarimetrů (hlavní části a jejich funkce) a se způsobem měření na kruhovém polarimetru. 3. Připravte si výpočty pro přípravu používaných činidel a vysvětlení postupu práce při jejich přípravě. 4. 1.
Pomůcky: Kruhový polarimetr Polarimetrická kyveta Sodíková výbojka Odměrné baňky na 25, 50 a 100 ml Nálevky do odměrných baněk Střička s deionizovanou vodou Buničitá vata Kapátko Pipeta dělená 5 ml
Chemikálie: Glukosa p.a. Sacharosa p.a MSACHAR = 342,296 g.mol-1 NaOH
Postup práce a) Připravte si 50 ml roztoku NaOH o koncentraci 1 mol.dm-3 a) Určení měrné a molární otáčivosti sacharózy ve vodném roztoku 1. 2. 3.
4. 5. 6.
Navažte cca 10 g (s přesností na 0,0005 g) sacharózy, navážku spláchněte vodou do odměrné baňky 50 cm3 a do požadovaného objemu po rozpuštění doplňte opět vodou. Po vytemperování roztoku naplňte tímto roztokem polarimetrickou kyvetu. V kyvetě nesmí být vzduchová bublina. Změřte 5x optickou otáčivost tohoto roztoku na stupnici "360o". Body postupu a1) – a2) proveďte ještě 2x. Výsledky zapisujte do tabulek Měření 1 - Měření 3. Polarimetrickou kyvetu dokonale propláchněte destilovanou vodou.
b) Sledování mutarotace glukózy Čerstvě připravený roztok glukózy mění hodnotu své optické aktivity po určitou dobu (až 24 h) do dosažení ustálené hodnoty. Rychlost změny závisí na pH prostředí. Připravte 25 cm3 vodného roztoku glukózy o koncentraci 100 g.dm-3. K čirému roztoku glukózy přidejte 1 kapku roztoku NaOH o koncentraci 4% (cca 1M-NaOH) a promíchejte. 2. Od tohoto okamžiku měřte čas. 1.
2
Upraveným roztokem glukózy naplňte kyvetu, vložte ji do tubusu polarimetru a v intervalech 30 s měřte okamžité hodnoty optické aktivity do dosažení ustálené hodnoty úhlu. 4. Měření zopakujte ještě 2x. 5. Polarimetrickou kyvetu dokonale propláchněte destilovanou vodou. 3.
Výsledky a závěry 1. 2.
3.
4. 5. 6.
Hodnoty optické otáčivosti roztoků sacharózy naměřené v úloze a) zapište do tab. 1. Vypočítejte hodnoty měrné otáčivosti s a molární otáčivosti m sacharózy. Při výpočtu zaveďte korekci na skutečnou délku kyvety násobením hodnoty naměřeného úhlu poměrem d0/d1 Význam těchto symbolů je uveden u vztahu (15), str. 55 skript Rejnek, J.; Kolský, V.; Sobotka J,; Loučka T.: Cvičení z instrumentální analýzy. Skripta PF UJEP, Ústí n. L. 1994.). Výsledky statisticky zpracujte. Naměřené hodnoty optické otáčivosti roztoku glukózy zapište do tabulky a zpracujte je graficky jako závislost úhlu rotace na čase. Formulujte závěry, vysvětlete děj, sledovaný v úloze b).
3
Práce s kruhovým polarimetrem a) Osvětlení polarimetru se provádí monochromatickým světlem sodíkové lampy (obr. 1). b) Kruhová stupnice je dělena na 360 číslování je po deseti stupních. Každý stupeň je rozdělen na 4 dílky, jeden dílek na stupnici představuje 0,25 . Nonius proti stupnici je dělen na 25 dílků, jeden dílek nonia odpovídá 0,01 . Čtení na stupnici (obr. 3, 4). Zjistíme, mezi kterými dvěma dílky kruhové stupnice je nula nonia (např. 13,75 a 14,00 ). Nižší hodnotu zapíšeme a zjistíme, který dílek nonia se kryje s některým dílkem kruhové stupnice (např. 5. dílek). Výsledná hodnota je tedy 13,75 + 0,05 = 13,80 . Nalezené hodnoty x v rozmezí 0o o
o
o
o
o
o
Měření probíhá přímým pozorováním lidským okem. Z fyziologického hlediska je velice obtížné stanovit přesně nastavení analyzátoru tak aby osvětlení pole bylo minimální. Proto bývají polarimetry pro přímé pozorování okem zpravidla konstruovány jinak než je ukázáno na obr. Mezi polarizátor a trubici se vzorkem je vložen prvek (např. půlvlnná destička), který pootočí polarizační rovinu části procházejícího svazku o malý úhel. Pozorované zorné pole je potom v důsledku vložení tohoto prvku rozděleno na dvě části s různou intenzitou osvětlení (polostínová metoda). Lidské oko je totiž schopno daleko lépe rozeznat rozdíl jasů dvou sousedních ploch, než maximum nebo minimum jasu plochy jediné. Otáčením analyzátoru potom měníme vzájemný poměr osvětlení v jednotlivých částech a nastavujeme tak aby bylo osvětlení pole homogenní. Polarizátor má zorné pole rozděleno do tří částí . Toto rozdělení umožní přesnější měření úhlu α, kterou odečítáme, když je pole stejnoměrně osvětlené (obr. B). Pokud není v polarimetrické trubici žádný vzorek pozorujeme v třídílném zorném poli plochu stejné intenzity světla (obr. c). Po vložení vzorku do polarimetrické trubice dojde ke změně polarizačního stavu procházejícího světla a v třídílném zorném poli pozorujeme tmavé a světlejší části (Obrázek a,b). Po vložení zkoumaného vzorku se snažíme pomocí měrného šroubu získat v trojdílném zorném poli opět homogenní rozložení intenzity světla. Stupnice přístroje je rozdělena na 360 dílku, přičemž jeden dílek odpovídá 1°. Nonius je rozdělen do 20 dílků, přičemž jeden dílek odpovídá 0,05 0.
4
c) Indikace optické rovnováhy (obr. B, 6) Polarimetr s polostínovým zařízením má kruhové zorné pole rozdělené ostrou kolmou čarou na dvě poloviny, které se při otáčení analyzátoru pomocí šroubu (obr. 1) střídavě vyjasňují a zatemňují.
Optická rovnováha je dána takovou polohou analyzátoru, při níž jsou obě poloviny zorného pole stejnoměrně zastíněny (ve stejném polostínu). Zorné pole pozorujeme dalekohledem, zaostření obrazu umožňuje vysouvací okulár (je individuální, závisí na citlivosti oka). d) Příprava aparatury Zapněte sodíkovou lampu a nechte ji asi 10 minut zářit, než se ustálí její světelný tok. Výstupní okénko lampy přiložte ke vstupnímu otvoru polarimetru. Dalekohledem zkontrolujte, zda je osa lampy shodná s osou polarimetru. Okulárem zaostřete dělící čáru v zorném poli. S přístrojem ani lampou už dále během celé série měření nehýbejte! e) Plnění polarizační trubice (Při prvním měření se plní destilovanou vodou). Při manipulaci s trubicí dbáme, aby nedošlo k jejímu pádu a rozbití. Polarizační trubice je na obou koncích uzavíratelná kruhovými skleněnými destičkami, upevněnými šroubovými hlavicemi, v nichž je gumové těsnění (obr. 5). Trubice musí být před naplněním pečlivě vyčištěna a vysušena (filtračním papírem) nebo vypláchnuta měřeným roztokem. Totéž se týká i uzavíracích hlavic. Zvlášť pečlivě vyčistíme a vyleštíme sklíčka (měkký hadr nebo filtrační papír). Dbejte na to, aby se sklíčka nepoškrabala. Je nutná opatrnost, aby nedošlo k upuštění sklíček a k jejich rozbití nebo ztrátě! Rovněž je nutné vyloučit ztrátu gumových těsnění! Trubici na jednom konci uzavřete, aby sklíčko právě pevně dosedlo. Přílišným utažením nabývá sklíčko optickou aktivitu, což zatěžuje měření chybou. Trubici opatrně naplňte vzorkem (nalévejte z kádinky, trubici držte za hlavici a vyhněte se dotyku trubice dlaní, který by ohřál vzorek). Trubici zcela naplňte, až má kapalina vypouklý povrch (meniskus), nechte uniknout případné vzduchové bubliny a se strany zasuňte přes otvor sklíčko (ve vodorovné poloze). Sklíčko se nesmí svrchu zvlhčit a nesmí se pod něj dostat vzduch. Sklíčko pak upevněte uzavírací hlavicí. Pohledem proti světlu se přesvědčte, zda v trubici není vzduchová bublina (uzavření trubice by bylo nutno zopakovat).
5
Plnění kyvety (polarimetrické trubice)
–
Vyjmeme čepičku (3), skleněné okénko (5) a pryžové těsnění (4).
–
Trubici uchopíme za konec se závitem (6) a naplníme ji vzorkem až po vrch (meniskus kapaliny bude vyčnívat nad horní okraj kyvety).
–
Na horní okraj trubice nasuneme nebo položíme skleněné okénko přiložíme pryžové těsnění (4) a pomocí vnější čepičky (2) je přišroubujeme k trubici.
Obr. A Detail polarimetrické trubice
Použitá polarimetrická trubice se v detailech od zobrazené může lišit ). Může chybět výduť na obr. uvedená pod č. 9. f) Kontrola nuly kruhové stupnice Před měřením vlastního vzorku vložte do přístroje polarimetrickou trubici naplněnou destilovanou vodou, uzavřete odklápěcí víko a znovu zaostřete okulárem dalekohledu. Pomocí ovládacího šroubu analyzátoru nastavte polohu optické rovnováhy (obr. B). Teoreticky by se nula nonia měla krýt s nulou kruhové stupnice. Vlivem chyb aparatury i individuálních chyb při odečítání se může nulová poloha poněkud odlišovat. g) Měření polarizace roztoku vzorku Aniž změníte polohu přístroje, vyjměte z něj trubici a podle popsaných zásad plnění v ní nahraďte vodu roztokem vzorku. Trubici se vzorkem vložte opět do přístroje, uzavřete víko a znovu zaostřete okulárem.
6
Obr. B. Zorné pole okuláru
nevyrovnáno
vyrovnáno
Schéma kruhového polarimetru
nevyrovnáno
7
Obr. 4 Detail čtení na stupnici polarimetru
8
Obr. 6 Trojdílné zorné pole polarimetru
