2a. Polarimetrie:
Kvantitativní stanovení sacharózy

Polarimetrie je kvalitativní a kvantitativní analytická metoda založená na principu měření úhlu otočení roviny polarizovaného světla, ke kterému dochází průchodem světla přes Nikolovy hranoly, u roztoků 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 (krátká trubice = 1 dm; dlouhá trubice = 2 dm)
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]_D^20o - tabulková otáčivost pro 20 ^oC (α = 66,37^o)
l - délka polarizační trubice v dm (krátká trubice = 1 dm; dlouhá trubice = 2 dm)

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

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.

1. Plnění polarimetické trubice: Kruhová sklíčka polarimetrické trubice opláchneme deionizovanou vodou, osušíme a připravíme k použití. Jeden konec polarimetrické trubice uzavřeme sklíčkem, na to položíme těsnění a našroubujeme víčko. Trubici nejprve vypláchneme měřeným roztokem a pak teprve naplníme a uzavřeme (u polarimentru kruhového používáme polarimetrickou trubici bez vzduchové kapsy, kterou plníme tak, aby nad jejím okrajem přečnívala kapka kapaliny. Tuto kapku pak seřízneme kruhovým 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 polarimetru. Pokud, v případě polarimetru PL1, se v trubici vyskytuje drobná bublina vzduchu, přemístíme ji do "vzduchové kapsy", tj rozšířené části trubice, a zde bublina zůstane po celou dobu měření. U polarimetru kruhového se v trubici vzduchová bublina vyskytovat nesmí!
2. Měření polarimetrem PL1 (postup měření na polarimetru kruhovém viz. videoklip): Před započetím práce zkontrolujeme zdali na pravé stupnici polarimetru máme ve středu vnější stupnice "0", pokud tomu tak není - nastavíme. Otáčíme ovladačem směrem doleva, až uvidíme "zastavení 1" (tmavý pruh na světlém poli). Pak otáčíme ovládačem směrem opačným (doprava) 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 znázorněném na obrázku je výsledná hodnnota 1,30^o (odečítáme na 2 desetinná místa).

   

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 nastavíme znovu. Postupujeme od koncentrace nejnižší k nejvyšší. Mezi jednotlivými koncentracemi vždy polarimetrickou trubici vypláchneme novým roztokem, který budeme měřit, a pak teprve definitivně naplníme pro měření.
3. Identifikace koncentrace neznámých vzorků: 3 roztoky sacharózy o neznámé koncentraci změříme dvojím způsobem.
   3.1. změříme v polarimetrické trubici 1 dm (každý 3krát).
   3.2. změříme v polarimetrické trubici 2 dm (každý 3krát).
4. Zpracování výsledků:
   4.1. Všechny výsledky vložíme do tabulky a provedeme statistickou analýzu (průměr, směrodatná odchylka výběrová, relativní a průměru).
   4.2. Sestrojíme graf závislosti stupně otočení (alfa) na koncentraci sacharózy (osa x - koncentrace sacharózy, osa y - stupeň otočení α) a vložíme kalibrační přímku. Tu získáme na počítači v Excelu jako spojnici trendu (postup pro Excell 2010 /prezentace ve formátu PowerPoint/) nebo rovnici kalibrační přímky vypočítáme a vložíme do grafu (viz. Statistika /ve formátu Word/).
   4.3. 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 otáčivosti všech koncentrací zprůměrujeme.
   4.4. Vypočteme koncentrace neznámých vzorků pro teplotu 20 ^oC dle vzorce (3).
   4.5. Vypočteme koncentrace neznámých vzorků z měření 3.1. pro naše experimentální podmínky dle vzorce (4).
   4.6. Z kalibrační přímky odečteme koncentrace z měření 3.1. neznámých vzorků za použití průměrné hodnoty α.
   4.7. Sestrojíme souhrnnou tabulku koncentrací neznámých vzorků z měření 3.1. pro 20 ^oC, a pro naše experimentální podmínky – hodnoty vypočtené dle našich měření a hodnoty odečtené z grafu (srovnej intervalem shody).
   4.8. Do samostatné tabulky vložíme hodnoty měření koncentrace neznámých vzorků polarimetrickou trubicí 1 dm (3.1.) a 2 dm (3.2.). Koncentrace vypočítáme dle vzorce (4), doplníme statistiku a průměrné hodnoty koncentrace sacharózy zjištěné oběma trubicemi srovnáme mezi sebou procentuálním intervalem shody.

Příklad kalibrační přímky sacharózy a způsobu odečtu koncentrace z grafu