2a. Polarimetrie:
Kvantitativní stanovení sacharózy


ZÁKLADNÍ POJMY

Polarimetrie je kvalitativní a kvantitativní analytická metoda založená na principu měření úhlu otočení roviny polarizovaného světla, které vzniká průchodem světelného spektra přes Nikolovy hranoly. K otočení roviny polarizovaného světla dochází u chemických látek obsahujících asymetrický uhlík.

Velikost optické aktivity určité látky závisí na:

  • povaze zkoumané látky
  • síle vrstvy, přes kterou prochází polarizované světlo
  • vlnové délce použitého světla
  • koncentraci roztoku
  • teplotě roztoku
  • měrné (specifické) hmotnosti roztoku (hustota).

Optická aktivita je přímo úměrná všem výše uvedeným veličinám, kromě vlnové délky a teploty.

Měrná (specifická) otáčivost α se měří ve stupních:

(1)

D - vlnová délka žluté čáry sodíkového spektra (589 nm)
α - stupně otočení roviny polarizovaného světla
l - délka polarizační trubice v dm (v našem případě = 1)
c - koncentrace látky na 100 g roztoku
ρ - hustota roztoku

Jestliže udáváme koncentraci roztoku v tzv. smíšených procentech, pro specifickou otáčivost platí vztah:

(2)

c - koncentrace roztoku v g na 100 ml roztoku
Ostatní veličiny jsou shodné jako v předchozím vzorci.

Výpočet koncentrace neznámého roztoku sacharózy na základě polarimetrického měření, pro tabulkovou otáčivost:

(3)

α - průměrný naměřený úhel otočení roviny polarizovaného světla v daném neznámém vzorku
[α]D20o - tabulková otáčivost pro 20 oC (α = 66,37o)
l - délka polarizační trubice v dm (v našem případě = 1)

Výpočet koncentrace neznámého roztoku sacharózy na základě polarimetrického měření, pro naše experimentání podmínky

(4)
[α]Dexp - průměrná specifická otáčivost sacharózy v našich podmínkách
VÝZNAM POLARIMETRIE

Polarimetrie se používá ke kvalitativnímu a kvantitativnímu sledování obsahu opticky aktivních látek ve výzkumu i praxi: Např. ke kontrole čistoty směsí různých chemických agens, měření koncentrace sacharidů v cukrovarnictví a potravinářském průmyslu vůbec, v medicíně ke stanovení cukru v moči, ve farmacii a biochemii ke stanovení bílkovin, steroidů, vitamínů či alkaloidů.

CÍL ÚLOHY: Naučit se pracovat s polarimetrem a identifikovat koncentrace neznámých vzorků sacharózy.

Polarimetr



PRÁCE S POLARIMETREM
  1. Plnění polarimetické trubice: Kruhová sklíčka polarimetrické trubice opláchneme deionizovanou vodou, osušíme a připravíme k použití. Nejprve uzavřeme jednu stranu trubice sklíčkem, na to položíme těsnění a uzavřeme víčkem. Trubici naplníme měřenou kapalinou tak, že nad jejím okrajem přečnívá kapka kapaliny. Tuto kapku pak seřízneme sklíčkem tak, aby se do trubice nedostal vzduch, a trubici uzavřeme víčkem s těsněním. Trubici osušíme buničitou vatou, zvláště pak věnujeme pozornost oběma sklíčkům, kterými prochází světlo, aby byla čistá a suchá. Osušenou trubici vložíme do tubusu.
  2. Měření polarimetrem: Před započetím práce zkontrolujeme zdali na pravé stupnici polarimentru máme ve středu vnější stupnice "0", pokud tomu tak není - nastavíme. Otáčíme ovladačem až uvidíme "zastavení 1" (tmavý pruh na světlém poli). Otáčíme ovládačem dále až nalezneme "zastavení 2" (světlý pruh na tmavém poli). Nyní se ovladačem vracíme zpět až bude celá plocha pokryta neutrální šedí, bez náznaku pruhu. V této pozici budeme odečítat výslednou hodnotu.
        zastavení 1     neutrální šeď zastavení 2   
  3. Odečítání hodnot: Pravá stupnice je tvořená stupnicí vnější a stupnicí vnitřní. Hodnota "0" stupnice vnitřní ukazuje jednotky stupňů - odečti na stupnici vnější. Stupeň vnitřní stupnice, který je přesně proti stupni stupnice vnější vyjadřuje desetiny či setiny stupně - odečti na stupnici vnitřní. V případě na znázorněném na obrázku je výsledná hodnnota 1,30o.

POSTUP ÚLOHY
  1. Příprava roztoků: Ředěním 50% roztoku sacharózy připravíme roztoky o následujících koncentracích: 2,5; 5,0; 10,0; 15,0 a 20,0% (výpočty proveďte předem v rámci přípravy na cvičení, nikoliv až v laboratoři), objem každého roztoku bude 50 ml.
  2. Provedení úlohy: Každý roztok měříme polarimetrem 5krát, přičemž mezi jednotlivými měřeními vždy jen zrušíme nastavení ovladače a nastavení znovu provedeme. Postupujeme od koncentrace nejnižší k nejvyšší. Mezi jednotlivými koncentracemi vždy polarimetrickou trubici vypláchneme novým roztokem, který budeme měřit, a pak teprve nalejeme náplň, kterou budeme měřit. Nakonec změříme stejným způsobem 3 neznámé vzorky.
  3. Zpracování výsledků:
    3.1. Všechny výsledky vložíme do tabulky a provedeme statistickou analýzu (průměr, směrodatná odchylka výběrová, relativní a průměru).
    3.2. Vypočítáme rovnici lineární regrese a z ní sestrojíme kalibrační přímku (osa x - koncentrace sacharózy, osa y - stupeň otočení α).
    3.3. Vypočítáme otáčivost sachazózy v našich podmínkách ve všech použitých koncentracích. Použijeme vzorec (2), kde namísto 20 oC uvedeme teplotu laboratoře, α = průměrná hodnota úhlu otočení v dané koncentraci, c = koncentrace sacharózy. Výsledné hodnoty všech koncetrací zprůměrujeme.
    3.4. Vypočteme koncentrace neznámých vzorků pro teplotu 20 oC dle vzorce (3).
    3.5. Vypočteme koncentrace neznámých vzorků pro naše experimentální podmínky dle vzorce (4).
    3.6. Z kalibrační přímky odečteme koncentrace neznámých vzorků za použití průměrné hodnoty α.
    3.7. Sestrojíme souhrnnou tabulku koncentrací neznámých vzorků pro 20 oC, pro naše experimentální podmínky a hodnot odečtených z kalibrační přímky. Koncentrace vypočtené pro naše experimentální podmínky a odečtené z grafu srovnáme intervalem shody.


obsah Předchozí úloha Další úloha Konec