6_Polarymetria_cukrow.pdf

POLARYMETRIA CUKRÓW

1. Obsługa polarymetru i odczytanie k ą ta skr ę cenia

rozpuszczalnika

Zasada:

Wi ę kszo ść zwi ą zków organicznych, wyst ę puj ą cych w organizmach Ŝ ywych na-

le Ŝ y do optycznie czynnych, które cechuje zdolno ść skr ę cania płaszczyzny

ś wiatła spolaryzowanego. Polarymetria wykorzystuje zjawisko skr ę cania płasz-

czyzny ś wiatła spolaryzowanego do wykrywania lub oznaczania st ęŜ enia sub-

stancji optycznie czynnej. Pomiary takie s ą stosowane m.in. w analizie ś rodków

leczniczych. Przyrz ą dem słu Ŝą cym do oznaczania k ą ta skr ę cenia płaszczyzny

ś wiatła spolaryzowanego jest polarymetr. Posiada on dwa pryzmaty Nicola (ni-

kole), z których pierwszy jest nieruchomy i słu Ŝ y do wytwarzania wi ą zki ś wia-

tła spolaryzowanego. Drugi natomiast – ruchomy wokół osi optycznej i sprz ę -

Ŝ ony ze skal ą k ą tow ą – słu Ŝ y do odczytu wielko ś ci k ą ta skr ę cenia. Ś wiatło spo-

laryzowane wykazuje maksymalne nat ęŜ enie, gdy płaszczyzny polaryzacji obu

pryzmatów Nikola s ą do siebie ustawione równolegle. Maksymalne zaciemnie-

nie, czyli wygaszenie ś wiatła osi ą ga si ę wówczas, gdy płaszczyzny polaryzacji

obu pryzmatów s ą do siebie prostopadłe (skrzy Ŝ owane). Zasada działania pola-

rymetru opiera si ę na tym, Ŝ e je ś li mi ę dzy skrzy Ŝ owane nikole umie ś ci si ę sub-

stancj ę optycznie czynn ą , która skr ę ca płaszczyzn ę ś wiatła spolaryzowanego o

k ą t

Rodzaje pól widzenia w polarymetrze

, to pole widzenia w okularze rozja ś ni si ę proporcjonalnie do st ęŜ enia tego

zwi ą zku. W polarymetrze ź ródłem ś wiatła jest lampa sodowa poł ą czona z zasi-

laczem doprowadzaj ą cym pr ą d. Pole widzenia w okularze polarymetru podzie-

lone jest na trzy pionowe cz ęś ci, które mog ą by ć ró Ŝ nie o ś wietlone:

a) wszystkie pola s ą jednakowo i maksymalnie przyciemnione,

b) wszystkie pola s ą jednakowo i maksymalnie rozja ś nione,

c) ś rodkowe pole jest ciemne, a boczne oba pola s ą jasne,

d) ś rodkowe pole jest jasne, a boczne oba pola s ą ciemne.

a b c

lewoskr ę tna wygaszenie całkowite prawoskr ę tna

substancja substancja

Polarymetr jest standardowo tak wyregulowany, Ŝ e je ś li w rurce polaryme-

trycznej nie ma substancji optycznie czynnej i je ś li zerowa kreska podziałki k ą -

towej pokrywa si ę z zerow ą kresk ą podziałki noniusza, wówczas wszystkie cz ę -

ś ci pola widzenia w okularze s ą jednolicie szaro o ś wietlone (wygaszone), tak

jak w pozycji „b” na rysunku.

Wykonanie:

Zasilacz wł ą czy ć na 15 min przed pomiarem.

· Przygotowanie polarymetru do pomiaru polega na takim ustawieniu pola wi-

dzenia (obracaj ą c pokr ę tłem analizator), które b ę dzie jednakowo i maksymal-

nie przyciemnione. W takim poło Ŝ eniu tarcza z podziałk ą k ą tow ą wskazuje

zero.

Przygotowa ć rurk ę polarymetryczn ą : wymy ć , przepłuka ć wod ą destylowan ą

i osuszy ć .

Porcelanowa rurka polarymetryczna na obu ko ń cach jest nagwintowana,

a brzegi s ą gładko zeszlifowane, dzi ę ki czemu mo Ŝ na je zamkn ąć płaskimi

kr ąŜ kami szklanymi, dociskaj ą c specjalnymi nakr ę tkami z otworem po ś rod-

ku.

Uwaga! Mi ę dzy szklanym kr ąŜ kiem a nakr ę tk ą umieszcza si ę mi ę kk ą pod-

kładk ę , aby nie uszkodzi ć szklanego kr ąŜ ka przy dokr ę caniu nakr ę tki.

Przed napełnieniem rurki zamkn ąć jeden jej koniec, sprawdzi ć szczelno ść

wod ą destylowan ą i ustawi ć pionowo.

Rurk ę polarymetru napełni ć rozpuszczalnikiem, wod ą , wlewaj ą c jej na tyle,

aby nad otworem utworzył si ę wyra ź nie wypukły menisk. Szklany kr ąŜ ek

trzymany poziomo oprze ć samym brzegiem o brzeg rurki i szybkim ruchem

nasun ąć na otwór.

Sprawdzi ć , czy nie ma ba ń ki powietrza, je ś li jest, nale Ŝ y zdj ąć szklany kr ąŜ ek

i powtórzy ć staranniej wszystkie czynno ś ci, wcze ś niej dolewaj ą c rozpusz-

czalnika do wyra ź nego wypukłego menisku.

Je ś li pod kr ąŜ kiem brak ba ń ki powietrza, rurk ę mo Ŝ na zamkn ąć ; na kr ąŜ ek po-

ło Ŝ y ć podkładk ę , po czym docisn ąć nakr ę tk ą .

Osuszy ć starannie bibuł ą zewn ę trzne powierzchnie szklanych kr ąŜ ków

w otworach nakr ę tek.

· Napełnion ą rurk ę starannie osuszy ć przed wło Ŝ eniem do przygotowanego po-

larymetru ze skrzy Ŝ owanymi nikolami. Sprawdzi ć , czy nast ą piła zmiana

w obrazie widzianym w okularze. Je ś li rozpuszczalnik zmienił obraz w okula-

rze, nale Ŝ y pokr ę tłem obróci ć analizator na tyle, aby przywróci ć wyj ś ciowe

pole widzenie, czyli jednakowo i maksymalnie przyciemnione.

K ą t, o który nale Ŝ ało obróci ć analizator, odczyta ć ze skali: górnej wskazuj ą cej

całe stopnie i dolnej, czyli noniusza, z ułamkami stopni.

K ą t skr ę cenia

odczyta ć 5-krotnie. Obliczy ć ś redni k ą t skr ę cenia

W celu opró Ŝ nienia rurki po pomiarze wystarczy odkr ę ci ć tylko jedn ą nakr ę t-

k ę , wyla ć rozpuszczalnik i rurka jest gotowa do nast ę pnego ć wiczenia.

2. Wyznaczanie skr ę calno ś ci wła ś ciwej; identyfikacja cukrów

Zasada:

Warto ś ci ą charakteryzuj ą c ą dany zwi ą zek optycznie czynny jest skr ę calno ść

2 0

c g m l l d m

) (

)

wła ś ciwa:

gdzie:

[a] D 20 – skr ę calno ść wła ś ciwa rozpuszczonej substancji wyra Ŝ ona w stopniach,

indeks górny 20 oznacza temperatur ę pomiaru; indeks dolny D oznacza

ś wiatło monochromatyczne, linia D lampy sodowej (589,3 nm);

– zmierzony k ą t skr ę cenia płaszczyzny ś wiatła spolaryzowanego wyra Ŝ ony

w stopniach;

c – st ęŜ enie roztworu wyra Ŝ one w g/ml;

l – grubo ść warstwy roztworu, wyra Ŝ ona w dm, przez któr ą przechodzi ś wiatło

spolaryzowane.

Znaj ą c st ęŜ enie cukru w roztworze oraz warto ść k ą ta skr ę cenia

płaszczyzny

ś wiatła spolaryzowanego, mo Ŝ na obliczy ć skr ę calno ść wła ś ciw ą , na podstawie

której identyfikuje si ę nieznany cukier.

Wykonanie:

( /

Post ę puj ą c zgodnie z instrukcj ą zawart ą w ć wiczeniu 1 – napełni ć rurk ę pola-

rymetru badanym roztworem nieznanego cukru o st ęŜ eniu 10% (w/v).

· Napełnion ą rurk ę umie ś ci ć w polarymetrze.

Odczyta ć 5-krotnie k ą t skr ę cenia

analizowanego roztworu.

· Obliczy ć ś redni k ą t skr ę cenia a.

Obliczy ć skr ę calno ść wła ś ciw ą .

Obliczon ą skr ę calno ść wła ś ciw ą porówna ć z tabelarycznymi warto ś ciami i zi-

dentyfikowa ć analizowany sacharyd.

3. Oznaczanie st ęŜ enia D -monocukru

Zasada:

W polarymetrii nie trzeba przygotowywa ć wykresu kalibracyjnego. Zwi ą zek

mi ę dzy mierzon ą warto ś ci ą k ą ta skr ę cenia płaszczyzny polaryzacji a warto ś ci ą

szukan ą , czyli st ęŜ eniem, wyznacza warto ść skr ę calno ś ci wła ś ciwej (któr ą

mo Ŝ na odczyta ć z odpowiednich tabel, zał ą czonych w Dodatkach na ko ń cu

Praktikum ) i jest prostym równaniem matematycznym. Łatwo mo Ŝ na zapewni ć

warunki stosowania tej matematycznej zale Ŝ no ś ci.

Wykonanie:

Post ę puj ą c zgodnie z instrukcj ą zawart ą w ć wiczeniu 1 – rurk ę polaryme-

tryczn ą napełni ć wskazanym przez asystenta roztworem cukru o nieznanym

st ęŜ eniu.

Napełnion ą rurk ę umie ś ci ć w polarymetrze.

Odczyta ć w polarymetrze 5-krotnie k ą t skr ę cenia

Obliczy ć ś redni k ą t skr ę cenia

Obliczy ć st ęŜ enie (g/ml) analizowanej próby.

4. Analiza zjawiska mutarotacji

Zasada:

Monosacharydy w stanie krystalicznym i prawie całkowicie w roztworach wod-

nych maj ą struktur ę pier ś cieniow ą . Struktury pier ś cieniowe s ą konsekwencj ą

utworzenia wewn ą trzcz ą steczkowego hemiacetalu lub hemiketalu. Podczas cy-

klizacji monosacharydów powstaje nowe centrum asymetrii, którym jest półace-

talowy atom w ę gla, tj. C-1 w aldozach i C-2 w ketozach. Nowe asymetryczne

atomy w ę gla nazywane s ą anomerycznymi. Monocukry pier ś cieniowe wyst ę -

puj ą zatem w dwóch dodatkowych postaciach izomerów przestrzennych, które

nazywaj ą si ę anomerami. Anomery ró Ŝ ni ą si ę poło Ŝ eniem grupy –OH przy

anomerycznym atomie w ę gla oraz takimi własno ś ciami, jak temperatura top-

nienia i skr ę calno ść wła ś ciwa. Anomer

ozna-

cza ten, w którym grupa –OH znajduje si ę nad płaszczyzn ą pier ś cienia, czyli po

tej samej stronie płaszczyzny pier ś cienia, co ostatnia grupa –CH 2 OH w szeregu D .

Mutarotacja to zjawisko zachodz ą ce krótko po rozpuszczeniu krystalicznego

monosacharydu w wodzie i polega na przechodzeniu jednej formy anomerycz-

nej w drug ą za po ś rednictwem formy ła ń cuchowej monocukru. Towarzyszy te-

mu post ę puj ą ca zmiana skr ę calno ś ci wła ś ciwej roztworu (wzrost lub spadek),

a Ŝ do ustalenia si ę stanu równowagi, w której skr ę calno ść wła ś ciwa przyjmie

ju Ŝ stał ą warto ść . Mutarotacja jest podstawowym dowodem pier ś cieniowej bu-

dowy monosacharydów, mo Ŝ na j ą obserwowa ć w ś wie Ŝ o sporz ą dzonych roz-

tworach, poniewa Ŝ oba anomery ró Ŝ ni ą si ę skr ę calno ś ci ą wła ś ciw ą . W stanie

równowagi jedynie około 36% cz ą steczek D -glukopiranozy pozostanie w posta-

ci anomeru

- D -glukopiranozy, jedy-

nie 0.02% cz ą steczek wyst ą pi w formie ła ń cuchowej. Ilo ś ciowa przewaga

, około 64% cz ą steczek b ę dzie w formie

- D -

-glukopiranozy w roztworze wodnym wynika z faktu, Ŝ e w tej formie wszystkie

grupy OH przyjmuj ą korzystne pod wzgl ę dem energetycznym poło Ŝ enia ekwa-

torialne. W roztworach wodnych D -glukozy wyst ę puj ą równie Ŝ ś ladowe ilo ś ci

dwóch anomerycznych struktur furanozowych.

Wykonanie:

, monocukru przedstawionego wzorem

Hawortha, oznacza ten izomer, w którym grupa –OH przy anomerycznym ato-

mie w ę gla znajduje si ę pod płaszczyzn ą pier ś cienia, czyli po innej stronie pła-

szczyzny pier ś cienia ni Ŝ ostatnia grupa –CH 2 OH w szeregu D . Anomer

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: