دانلود مقاله پلاریمتر

پلاریمتر

polatimeter
چگونه این چرخش صفحه نور پلاریزه - این فعالیت نوری – قابل تشخیص است؟

هر دو به وسیله دستگاهی به نام پلاریمتر که در شکل 4-2 نمایش داده شده، تشخیص داده و اندازه‌گیری می‌شود.

این دستگاه شامل یک منبع نوری، دو عدسی (پلاروید یا نیکول) می‌باشد و بین عدسیها لوله‌ای قرار دارد که ماده مورد آزمایش فعالیت نوری در آن ریخته می‌شود.

این قطعات به نحوی قرار می‌گیرند که ابتدا نور از میان یکی از عدسیها (پلاریزور) و بعد از لوله و سپس از عدسی (آنالیزور) عبور کرده، در انتها به چشم ما می‌رسد.
هنگامی که لوله خالی است، حداکثر مقدار نور وقتی به چشم
می‌رسد که دو عدسی طوری قرار گیرند که نور در یک صفحه ارتعاش نماید.

چنانچه عدسی نزدیک‌تر به چشم‌مان را بچرخانیم، خواهیم دید که نور کم سو شده و هنگامی که عدسی عمود بر حالت قبلی خود قرار می‌گیرد مقدار نور به حداقل می‌رسد.
حال عدسیهای را طوری تنظیم می‌نمائیم که حداکثر مقدار نور از آنها عبور نماید.

(در عمل تشخیص حداقل آسان‌تر از حداکثر است؛ اساس یکی است).

اگر ماده بر صفحه پلاریره کننده تاثیری نداشته باشد، عبور نور حداکثر بوده و ماده از نظر نوری غیرفعال است.

بایستی عدسی نزدیک‌تر به چشم چرانده شود تا با این صفحه جدید منطبق شود، در این صورت ماده از نظر نوری فعال است.

چنانچه چرخش این صفحه و در نتیجه چرخش عدسی به طرف راست (در جهت حرکت عقربه‌های ساعت) باشد ماده راست‌بر و اگر چرخش به طرف چپ (در جهت عکس حرکت عقربه‌های ساعت) باشد ماده چپ‌بر است.
نه تنها می‌توان ماده را از نظر چرخاندن صفحه و جهت چرخش تعیین نمود، بلکه می‌توانیم، مقدار آن را نیز تعیین کنیم.

مقدار چرخش تعداد درجاتی است که باید عدسی را چرخاند تا با نور منطبق شود.

علائم + و – به ترتیب برای نشان دادن چرخش به طرف راست و چپ به کار می‌رود.
لاکتیک اسید (صفحه146 ) که از بافت ماهیچه‌ای قابل استخراج است نور را به طرف راست چرخانده و از این رو به عنوان لاکتیک اسید راست بر یا (+) – لاکتیک اسید شناخته می‌شود.

2- متیل –1- بوتانول که از روغن فوزل (محصول جانبی تخمیر نشاسته به اتیل الکل) به دست می‌آید، نور را به طرف چپ چرخانده و به عنوان 2- متیل - 1- بوتانول چپ‌بر یا (-)-2 متیل – 1- بوتانول شناخته می‌شود

پلاریمتر - مدل D

این دستگاه دارای ساختار خوب کیفیت بالا و قیمت پایین و مقرون به صرفه و دارای قابلیت اندازه گیری چرخش نمونه های فعال نوری است.
این دستگاه قابلیت پذیرش نمونه های را در تیوپ با طول 220 میلی متر دارد و قابل استفاده برا ی اندازه گیری های غلظت و چرخش نور برای صنایع مواد غذایی، شکر، عطر ها، صنایع وابسته به داروسازی و شیمیایی است.
این دستگاه همچنین به طور گسترده در مدارس دانشگاهها و مراکز تربیتی جهت اهداف آموزشی کاربرد دارد.
برای نمونه های تیره که نور را جذب می کنند این مدل میزان نور را تعدیل و تنظیم می کند.

پلاری‌متر خودکار با دقت بالا‏
‏ پلاری‌مترهای معمول و رایج معمولاً فقط از یک منبع نور و یک طول موج خاص استفاده می‌کند ولی در تحقیقات شیمی و داروسازی یا در کنترل کیفیت ابزارهای متفاوتی لازم است تا با استانداردهای ملی و بین‌المللی مطابقت پیدا کند.

‏GYROMAT-HP‏ پلاری‌متر خودکار با دقت بسیار بالایی است که توسط ‏Dr.KERNCHEN GMBH‏ (آلمان) ساخته شده است و می‌تواند شامل سه منبع نور و 6 طول موج استاندارد با محدوده ‏UR/VIS‏ باشد و برای استفاده در آزمایشگاه‌های مدرن بسیار ایده‌آل است.‏
 

‏GYROMAT-HP‏ پلاری‌متر خودکار با دقت بسیار بالایی است که توسط ‏Dr.KERNCHEN GMBH‏ (آلمان) ساخته شده است و می‌تواند شامل سه منبع نور و 6 طول موج استاندارد با محدوده ‏UR/VIS‏ باشد و برای استفاده در آزمایشگاه‌های مدرن بسیار ایده‌آل است.‏ به علاوه این پلاری‌متر دقت بسیار بالایی دارد که می‌توان آن را با استاندارد کوارتز مورد کنترل قرار داد و می‌تواند داده‌های اندازه‌گیری شده را به صورت دیجیتال روی صفحه نمایش نشان دهد.

این دستگاه به راحتی به ‏PC‏ متصل می‌شود و اطلاعات آن قابل چاپ توسط چاپگر است.‏ پلاریمتری ( Polarimetry ) پلاریمتری ( Polarimetry ) این روش برای تجزیه کمی و کیفی اجسامی که فعالیت نوری دارند به کار می رود.

نور سفید در تمام جهات ارتعاش دارد و اگر از اجسام Polaroid مانند بعضی مواد پلاستیکی یا بلورهای طبیعی مانند کلسیت که فرمول آنها CaCO3 است عبور کند به دو اشعه تقسیم می شود.

چون سرعت هر یک از دو اشعه در داخل بلور متفاوت است.

در صورتی که بلور را در امتداد یکی از قطب ها با یک زاویه مناسب برید و مجددا آن را با صمغی بنام کانادا بالسام بچسبانیم، جزئی که اشعه عادی نامیده می شود منعکس شده و خارج می شود.

در صورتی که جزئی که اشعه غیرعادی (پلاریزه) نامیده می شود بدون شکست خارج می شود ارتعاش این نور در یک سطح و عمود بر جهت انتشار آن است این بلور را که نور پلاریزه ایجاد می کند، منشور نیکل نامیده می شود.

اجسامی دارای فعالیت نوری هستند که در ساختمان مولکولی آنها کربن نا قرینه (یعنی اتم کربنی که به چهار گروه مختلف متصل باشد) وجود داشته باشد.

این اتم کربن باعث نامتقارن شدن مولکول می شود و مولکول نمی تواند بر تصویر آینه ای خود منطبق باشد.

اگر این اجسام در مسیر نور پلاریزه قرار بگیرند باعث چرخش نور پلاریزه می شوند در صورتی که جسم نور پلاریزه را در جهت عقربه ساعت بچرخاند ، راست گردان (Dextrorotatory) می گویند و چنانچه در جهت عکس عقربه ساعت بچرخاند ، آن را چپ گردان (Levorotatory) می گویند.

مقدار چرخش (الفا) با غلظت جسم (C) متناسب است.

و یا می توان گفت نور پلاریزه وقتی از ترکیبات نامتقارن عبور کند، به علت پخش نامتقارن دانسیته الکترونی در مولکول، الکترونهای مولکول بطور نامتقارن بر نور پلاریزه اثر می گذارند و باعث چرخش آن حول محور انتشار می شوند.

مولکولهائی که فعالیت نوری ندارند چون با پخش الکترونی متقارن مواجه هستند بر نور پلاریزه اثر ندارند.

ترکیباتی که تصویر آینه ای قابل انطباق نداشته باشند دارای ایزومر نوری هستند.

دو ایزومر نوری یک زوج انانتیومر را تشکیل می دهند.

که از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی یکسان هستند و فقط در جهت چرخش نور پلاریزه اختلاف دارند.

مخلوط مساوی دو انانتیومر که از نظر قدر مطلق یکسان ولی از نظر جهت مخالف هستند کاملا همدیگر را خنثی می کنند.

چرخش حاصله صفر است به چنین مخلوطی راسمیک می گویند.

اجزاء و قسمتهای مختلف دستگاه پلاریمتر 1- منبع نور: تولید کننده نور تک رنگ است، چون میدان چرخش با طول موج تغییر می کند.

لذا باید به عنوان منبع از یک تولید کننده نور تک رنگ استفاده کرد.

معمولا از لامپ بخار سدیم (خط زرد D) استفاده می شود.

لامپ جیوه هم ممکن است بکار برده شود.

طول موج لامپ سدیم 589.3 A° لامپ جیوه °546 A ۲- شکاف( Slite) : میزان نور رسیده به نمونه را تنظیم می کند.

3- عدسی: نقش موازی کننده نور را دارد.

4- منشور نیکل : اولین منشور نیکل که پلاریزور نام دارد و نور را پلاریزه می کند.

5- سل نمونه: استوانه ای شیشه ای است و جهت قرار دادن نمونه مورد آزمایش در داخل آن است طول آن ممکن است 1 ، 2 ، 3 ، 4 سانتیمتر باشد.

(اگرحباب هوا داشت در برآمدگی سل باید قرار گیرد.) 6- منشور نیکل : دومین منشور نیکل که آنالایزور(Analyzer) بعنوان تجزیه کننده است که با چرخاندن آن می توان نور پلاریزه را به حالت اول برگرداند و مقدارانحراف آن را بر حسب درجه از روی یک سطح دایره ای مدرج خواند.

در این حالت روشنائی دو نیم دایره ای که از عدسی چشمی ملاحظه می شود به یک اندازه خواهد بود.

7- عدسی چشمی و ردیاب (دتکتور): معمولا از چشم انسان بعنوان ردیاب استفاده می شود.

در دستگاههای پیشرفته فتوالکتریک هستند و تا 001/0 درجه را تعیین می کند.

پلاریمتر نیم سایه: یک پلاریزور کوچک متحرک بنام نیکل نیم سایه بعد از پلاریزور قرار دارد که می توان آن را با چرخاندن طوری تنظیم نمود که مانع عبور نور شود.

در این حالت نیمی از دایره ای که از عدسی چشمی ملاحظه می شود سیاه به نظر می رسد، بعد شدت نور هر دو نیم دایره را به وسیله چرخاندن آنالایزور مساوی تنظیم می کنیم.

در این حالت دستگاه باید روی صفر باشد.

با گذاشتن نمونه در مسیر نور، شدت روشنائی دو نیم دایره فرق می کند که بایستی با چرخاندن آنالیزور به حالت اول برگرداند و مقدار چرخش را که a نام دارد از روی درجات خواند.

چرخش ویژه (انحراف مخصوص) Specific rotation : زاویه a به چند عامل بستگی دارد.

که عبارتند از ماهیت ترکیب، غلظت یا دانسیته (برای مایعات) طول نمونه ای که باید نور از آن عبور کند (طول مسیر)، درجه حرارت، حلال، طول موج نور غلظت و طول مسیر اهمیت زیادی دارند چون تعداد متوسط مولکولهای فعال نوری تعیین می شوند.

مقدار چرخش مخصوص برای یک جسم تحت شرایط معین ثابت است.

لذا از آن می توان بعنوان یک ثابت فیزیکی مثل نقطه ذوب و نقطه جوش و غیره استفاده کرد.

رابطه انحراف مخصوص با ازدیاد درجه حرارت برای مقدار معینی از نمونه تغییر می کند.

برای تجزیه کمی با دانستن انحراف مخصوص یک جسم خالصی که در جداولی برای °C 20=t داده شده و اندازه گیری a با استفاده از فرمولهای فوق مقدار C( غلظت) را می توان حساب کرد.

یکی از مهمترین کاربردهای پلاریمتری در صنایع قند است.

وقتی محلولی فقط حاوی ساکارز باشد، پس از تعیین زاویه چرخش a بوسیله پلاریمتر می توان غلظت آن را تعیین کرد.

صفر پلاریمتر را بایستی با آب مقطر تنظیم نمود یا مقداری که دستگاه برای آب مقطر نشان می دهد را یادداشت کرد.

یا می توان منحنی استاندارد برای a برحسب C رسم کرد.

منحنی ممکن است خطی، سهمی یا هذلولی باشد.

چرخش مولکولی یک جسم در درجه حرارت T و طول موج لاندا به صورت نمایش داده می شود که با انحراف مخصوص با رابطه زیر مربوط می شود که M وزن مولکول جسم است.

تغییرات چرخش مولکولی را طول موج نور پلاریزه ORD می گویند (Optical rotatory dispersion) که برای تشریح فرمول اجسامی که ساختمان پیچیده دارند به کار می رود.

ایزومری فضایی یک بخش از شیمی فضایی ، ایزومری فضایی است.

ایزومرها ترکیبات متفاوتی هستند که فرمول مولکولی یکسانی دارند.

ایزومرهای خاصی که فقط از نظر جهت گیری اتمها در فضا باهم تفاوت دارند اما از نظر نحوه اتصال اتمها به یکدیگر ، شبیه یکدیگرند، ایزومرهای فضایی نام دارند.

شباهت و تفاوت ایزومرهای فضایی تفاوت جفت ایزومرهای فضایی از نظر ساختار و بنابراین از نظر خواص بسیار کوچک است.

اما از نظر همه خواص فیزیکی قابل سنجش ، با یکدیگر مشابهند مگر از نظر تاثیر بر نوعی نور غیر عادی.

با استفاده از همین تاثیر متفاوت و دستگاه خاص مربوطه می‌توان دو ایزومر را از یکدیگر باز شناخت.

کاربرد متفاوت ایزومرهای فضایی با وجود شباهت نزدیک ، وجود اینگونه ایزومرها ، یکی از سنجشگرهای بسیار حساس را برای تشخیص مکانیسم واکنشها در اختیار شیمیدان می‌گذارد.

غالبا یکی از این ایزومرها برای مطالعه برگزیده می‌شود.

نه به این دلیل که این ایزومرها از نظر شیمی سه بعدی‌اش با ترکیبهای دیگر فرق دارد، بلکه به این دلیل که این ترکیب می‌تواند نکته‌هایی را آشکار سازد که در ترکیبهای عادی پنهان‌اند و باز هم با وجود شباهت نزدیک دو ایزومر فضایی ، ممکن است یکی از آنها یک غذای مقوی یا یک آنتی بیوتیک یا یک داروی محرک قلب باشد، ولی ایزومر دیگر ترکیبی بی‌مصرف باشد.

تعداد ایزورمها و کربن چهار وجهی باید در نظر داشت که هر ترکیبی ولو پیچیده که دارای کربنی متصل به چهار اتم دیگر است را می‌توان مشتقی از متان تلقی کرد و آنچه که درباره شکل مولکول متان فرا می‌گیریم را می‌توانیم درباره شکل مولکولهای پیچیده بکار بریم.

برای هر اتم ، فقط یک ماده با فرمول یافت شده است.

با کلردار کردن متان ، فقط یک ترکیب با فرمول و با برم‌دار کردن آن فقط یک ترکیب با فرمول بدست می‌آید.

به همین ترتیب فقط یک و یک شناخته شده است.

در واقع ، اگر ، بجای اتم نمایاننده یک گروه از اتمها باشد نیز مطلب فوق صادق است، مگر هنگامی که گروه تا آن حد پیچیده است که خود سبب ایزومری می‌شود.

به عنوان مثال فقط یک ، یک و یک وجود دارد.

این نشان می‌دهد که در متان ، همه اتمهای هیدروژن هم ارزند، بطوری که با جایگزین کردن هر کدام از آنها ، فرآورده یکسانی حاصل می‌شود.

اگر اتمهای هیدروژن متان هم ارز نبودند، با جایگزین کردن هر کدام از آنها ترکیب متفاوتی بدست می‌آمد و فرآورده‌های استخلافی ایزومری حاصل می‌شدند.

برای اتمهای هیدروژن در متان سه آرایش امکان پذیر است که هم ارز باشند: آرایش مسطح که در آن اتم کربن در مرکز یک مستطیل یا مربع و اتمهای هیدروژن در چهار گوشه آن قرار دارند.

آرایش هرمی که در آن اتم کربن در راس هرم و اتمهای هیدروژن در چهار گوشه آن قرار دارند.

آرایش چهار وجهی که در آن کربن در مرکز چهار وجهی و هر اتم هیدروژن در یک گوشه آن است.

فعالیت نوری نور خواصی دارد که با در نظر گرفتن آن به عنوان یک پدیده موجی بخوبی درک می‌شوند.

موجی که در آن ارتعاشها بصورت عمود بر جهت حرکت نور روی می‌دهند.

تعداد سطحهایی که از خط مسیر نور می‌گذرند بی‌شمارند و نور معمولی در همه این سطوح در حال ارتعاش است.

اگر مستقیما به باریکه‌ای از نور یک لامپ بنگریم، نوع ارتعاشهایی که روی می‌دهند و همگی عمود بر خط بین چشمان ما و منبع نور (لامپ) هستند را نشان می‌دهد.

نور معمولی ، با عبور کردن از یک عدسی ساخته شده از ماده‌ای به نام "پلاروید" یا از یک قطعه کلسیت (نوعی بلور ) با آرایشی که به نام منشور نیکول معروف است، به نور قطبیده در سطح تبدیل می‌شود.

یک ماده فعال نوری ، ماده‌ای است که سطح نور قطبیده را می‌چرخاند.

وقتی نور قطبیده در حال ارتعاش در یک سطح معین ، از میان یک ماده فعال نوری می‌گذرد، در حال ارتعاش در یک سطح دیگر پدیدار می‌شود.

پلاریمتر چگونه می‌توان این چرخش سطح نور قطبیده یعنی این فعالیت نوری را تشخیص داد؟

این پدیده را با استفاده از دستگاهی به نام پلاریتمر می‌توانیم تشخیص دهیم و اندازه گیری کنیم.

ما نه تنها می‌توانیم چرخیدن سطح و نیز جهت آن را تشخیص دهیم، بلکه مقدار این چرخش را هم می‌توانیم تعیین کنیم.

چرخش ویژه از آنجا که چرخش نوری مورد توجه ما از مولکولهای مجزای ترکیبهای فعال ناشی می‌شود، مقدار چرخش به تعداد مولکولهای موجود در لوله که نور به آنها برخورد می‌کند، بستگی دارد.

در مقایسه با یک لوله 10 سانتیمتری ، در لوله 20 سانتیمتری امکان برخورد نور با مولکولها دو برابر است و در نتیجه چرخش نیز دو برابر است.

اگر ترکیب فعال بصورت محلول باشد، تعداد مولکولهای برخورد کننده با نور ، به غلظت محلول بستگی خواهد داشت.

در لوله‌ای بطور ثابت ، در مقایسه با محلولی با غلظت یک گرم در 100ml حلال ، در غلظت دو گرم در 100ml ، تعداد برخورد بین مولکولها و نور دو برابر است و در نتیجه مقدار چرخش نیز دو برابر است.

با روشن شدن اثر طول لوله و غلظت بر چرخش ، معلوم می شود که مقدار چرخش و نیز جهت آن ، یک خصلت مشخصه هر ترکیب فعال نوری است.

چرخش ویژه یعنی تعداد درجه‌های چرخش مشاهده شده در صورتی که لوله‌ای بطول یک دسی‌متر ، 10 سانتیمتر مورد استفاده قرار گیرد و غلظت نمونه 1 باشد.

معمولا این چرخش ، با استفاده از لوله‌هایی با طولهای مختلف و غلظتهای متفاوت از رابطه زیر محاسبه می‌شود.

(X = α/(1Xd (gr/ml) طول (dm)/چرخش مشاهده شده (درجه) = چرخش ویژه در این رابطه ، d نمایاننده چگالی یک مایع خالص یا غلظت یک محلول است.

چرخش ویژه نیز همانند دمای ذوب ، دمای جوش ، چگالی ، ضریب شکست و...

یکی از خواص یک ترکیب است.

به عنوان مثال ، چرخش ویژه 2- متیل -1- بوتانول بدست آمده از روغن فوزل چنین است.

انانتیومر ایزومرهایی که تصویر آینه‌ای یکدیگرند را انانتیومر می گویند.

دو اسید لاکتیک متفاوتی که مدلهای فضایی متفاوتی دارند و ایزومر فضایی هستند، انانتیومر هستند (در زبان یونانی: enantio به معنای مخالف).

دو ، 2- متیل -1- بوتانول ، دو ، Sec - بوتیل کلرید و غیره نیز انانتیومر هستند.

انانتیومرها خواص فیزکی مشابهی دارند، مگر از نظر جهت چرخاندن سطح نور قطبیده.

به عنوان مثال ، دو ، 2- متیل -1- بوتانول دارای دمای ذوب ، دمای جوش ، چگالی ، ضریب شکست و خواص فیزیکی دیگر یکسانند و تنها تفاوت آنها این است که نور قطبیده در سطح را یکی به راست و دیگری به چپ می چرخاند.

این واقعیت تعجب برانگیز نیست.

چون برهمکنشهای دو نوع مولکول با دوستانشان باید یکسان باشد.

فقط جهت چرخش متفاوت است.

مقدار چرخش یکی است.

انانتیومرها خواص مشابهی دارند مگر از نظر واکنش با واکنشگرهای فعال نوری.

کایرالیته مولکولهایی که بر تصویر آیینه‌ای خود قابل انطباق نیستند، کایرال هستند.

کایرالیته ، شرط لازم و کافی برای موجودیت انانتیومرهاست.

مثل این است که بگوییم: ترکیبی که مولکولهایش کایرال هستند، می‌توانند بصورت انانتیومرها وجود داشته باشند.

ترکیبی که مولکولهایش ناکایرال هستند (فاقد کایرالیته) ، نمی‌توانند بصورت انانتیومرها وجود داشته باشند.

مخلوط راسمیک مخلوطی از انانتیومرها به مقدار مساوی را مخلوط راسمیک می‌گویند.

یک مخلوط راسمیک از نظر نوری غیرفعال است.

هنگامی که دو انانتیومر باهم مخلوط می‌شوند، چرخش ایجاد شده توسط یک مولکول ، دقیقا با چرخش مخالف ایجاد شده توسط مولکول انانتیومر خود خنثی می‌شود.

پیشوند برای مشخص کردن ماهیت راسمیک یک نمونه خاص بکار می‌رود، مانند (±) - لاکتیک اسید یا ± -2- متیل -1- بوتانول.

خوب است مخلوط راسمیک را با ترکیبی مقایسه کنیم که مولکولهایش به تصویر آینه‌ای خود قابل انطباق هستند.

یعنی ترکیب ناکایرال.

هر دو ، دقیقا به دلیل یکسانی غیر فعال نوری هستند.

به علت توزیع تصادفی تعداد زیادی مولکول ، به ازای هر مولکولی که با نور برخورد می‌کند، مولکول دومی وجود دارد که تصویر آیینه‌ای آن است و دقیقا طوری جهت گیری کرده است که اثر مولکول اول خنثی کند.

در یک مخلوط راسمیک ، مولکول دوم ایزومر مولکول اول ایزومر مولکول اول است.

در یک ترکیب ناکایرال ، مولکول دوم ایزومر مولکول اول نیست، بلکه مولکول دیگری همانند مولکول اول است.

شیمی فضاییعلم شیمی آلی ، مبتنی بر ارتباط بین ساختار مولکولی و خواص ترکیب است.

آن بخشی از این علم که با ساختار در سه بعد می‌پردازد شیمی فضایی ، Stereo Chemistry ، نام دارد (واژه یونانی:Stereos به معنای جامد).