دنیای گسترده علوم آزمایشگاهی

اين روش براي تجزيه كمي و كيفي اجسامي كه فعاليت نوري دارند به كار مي‏رود. نور سفيد در تمام جهات ارتعاش دارد و اگر از اجسام Polaroid مانند بعضي مواد پلاستيكي يا بلورهاي طبيعي مانند كلسيت كه فرمول آنها CO₃Ca است عبور كند به دو اشعه تقسيم مي‏شود. چون سرعت هر يك از دو اشعه در داخل بلور متفاوت است. در صورتي كه بلور را در امتداد يكي از قطبها با  يك زاويه مناسب بريد. و مجددا آن را با صمغي بنام كانادا بالسام بچسبانيم، جزئي كه اشعه عادي ناميده مي‏شود منعكس شده و خارج مي‏شود. در صورتي كه جزئي كه اشعه غيعادي (پلاريزه) ناميده مي‏شود بدون شكست خارج مي‏شود ارتعاش اين نور در يك سطح و عمود بر جهت انتشار آن است. اين بلور را كه نور پلاريزه ايجاد مي‏كند، منشور نيكل ناميده مي‏شود. اجسامي داراي فعاليت نوری هستند كه در ساختمان مولكولي آنها كربن ناقرينه (يعني اتم كربني كه به چهار گروه مختلف متصل باشد) وجود داشته باشد. اين اتم كربن باعث نامتقارن شدن مولكول مي‏شود و مولكول نمي‏تواند بر تصوير آينه‏اي خود منطبق باشد. اگر اين اجسام در مسير نور پلاريزه قرار بگيرند باعث چرخش نور پلاريزه مي‏شوند در صورتي كه جسم نور پلاريزه را در جهت عقربه ساعت بچرخاند راست گردان (Dextrorotatory) مي‏گويند و چنانچه در جهت عكس عقربه ساعت بچرخاند، آن را چپ گردان (Levorotatory) مي‏گويند.

مقدار چرخش (a) با غلظت جسم (C) متناسب است. و يا می‏توان گفت نور پلاريزه وقتی از ترکيبات نامتقارن عبور کند، به علت پخش نامتقارن دانسيته الكتروني در مولكول، الكترونهاي مولكول بطور نامتقارن بر نور پلاريزه اثر مي‏گذارند و باعث چرخش آن حول محور انتشار مي‏شوند. مولكولهائي كه فعاليت نوري ندارند چون با پخش الكتروني متقارن مواجه هستند بر نور پلاريزه اثر ندارند.

تركيباتي كه تصوير آينه‏اي قابل انطباق نداشته باشند داراي ايزومر نوری هستند. دو ايزومر نوري يك زوج انانتيومر را تشكيل مي‏دهند. كه از نظر خواص فيزيكي و شيميائي يكسان هستند و فقط در جهت چرخش نور پلاريزه اختلاف دارند. مخلوط مساوي دو انانتيومر كه از نظر قدر مطلق يكسان ولي از نظر جهت مخالف هستند كاملا همديگر را خنثي مي‏كنند. چرخش حاصله صفر است به چنين مخلوطي راسميك مي‏گويند.

اجزاء و قسمتهاي مختلف دستگاه پلاريمتر

1- منبع نور: توليد كننده نور تك رنگ است، چون ميدان چرخش با  طول موج تغيير مي‏كند. لذا بايد به عنوان منبع از يك توليد كننده نور تك رنگ استفاده كرد. معمولا از لامپ بخار سديم (خط زرد D) استفاده مي‏شود. لامپ جيوه هم ممكنست بكار برده شود. طول موج لامپ سديم ۳/۵۸۹ آنگستروم و لامپ جيوه 546 آنگستروم

2- شکاف(Slite): ميزان نور رسيده به نمونه را تنظيم مي‏كند.

3- عدسي: موازي كننده نور

4- پلاريزور: اولين منشور نيكل كه نور را پلاريزه مي‏كند.

5- سل نمونه: كه استوانه‏اي شيشه‏اي است و جهت قراردادن نمونه مورد آزمايش در داخل آن است طول آن dm ۴، ۳، ۲، ۱ است. (حباب هوا اگر داشت در برآمدگي سل بايد قرار گيرد.)

6- Analyzer: منشور نيكل ديگر كه بعنوان تجزيه كننده است و با چرخاندن آن مي‏توان نور پلاريزه را به حالت اول برگرداند. و مقدار انحراف آن را بر حسب درجه از روي يك سطح دايره‏اي مدرج خواند. در اين حالت روشنائي دو نيم دايره‏اي كه از عدسي چشمي ملاحظه مي‏شود به يك اندازه خواهد بود.

7- عدسي چشمي و ردياب (دتكتور): كه معمولا از چشم انسان بعنوان ردياب استفاده مي‏شود. در دستگاههای پيشرفته فتوالکتريک هستند و تا 001/0 درجه را تعيين مي‏كنند.

پلاريمتر نيم سايه

يك پلاريزور كوچك متحرك بنام نيكل نيم سايه بعد از پلاريزور قرار دارد كه مي‏توان آن را با چرخاندن طوري تنظيم نمود كه مانع عبور نور شود. در اين حالت نيمي از دايره‏اي كه از عدسي چشمي ملاحظه مي‏شود سياه به نظر مي‏رسد، بعد شدت نور هر دو نيم دايره را به وسيله چرخاندن آنالايزور مساوي تنظيم مي‏كنيم. در اين حالت دستگاه بايد روي صفر باشد. با گذاشتن نمونه در مسير نور، شدت روشنائي دو نيم دايره فرق مي‏كند كه بايستي با چرخاندن آناليزور به حالت اول برگرداند و مقدار چرخش را كه a نام دارد از روي درجات خواند.

چرخش ويژه (انحراف مخصوص) Specific rotation:

زاويه a به چند عامل بستگي دارد. كه عبارتند از ماهيت تركيب، غلظت يا دانسيته (براي مايعات)، طول نمونه‏اي كه بايد نور از آن عبور كند (طول مسير)، درجه حرارت، حلال، طول موج نور، غلظت و طول مسير اهميت زيادي دارند چون تعداد متوسط مولكولهاي فعال نوری تعيين مي‏شوند. مقدار چرخش مخصوص براي يك جسم تحت شرايط معين ثابت است. لذا از آن مي‏توان بعنوان يك ثابت فيزيكي مثل نقطه ذوب و نقطه جوش و غيره استفاده كرد. رابطه انحراف مخصوص با ازدياد درجه حرارت براي مقدار معيني از نمونه تغيير مي‏كند. براي تجزيه كمي با دانستن انحراف مخصوص يك جسم خالصی كه در جداولي براي °C 20=t داده شده و با اندازه‏گيري a با استفاده از فرمولهاي فوق مقدار C (غلظت) را مي‏توان حساب كرد.

يكي از مهمترين كاربردهای پلاريمتري در صنايع قند است. وقتي محلولي فقط حاوي ساكارز باشد، پس از تعيين زاويه چرخش a بوسيله پلاريمتر مي‏توان غلظت آن را تعيين كرد. صفر پلاريمتر را بايستي با آب مقطر تنظيم نمود يا مقداري كه دستگاه براي آب مقطر نشان مي‏دهد را يادداشت كرد. يا مي‏توان منحني استاندارد براي a برحسب C رسم كرد. منحني ممكنست خطي، سهمي يا هذلولي باشد. چرخش مولكولي يك جسم در درجه حرارت T و طول موج l نمايش داده مي‏شود.

تغييرات چرخش مولكولي را طول موج نور پلاريزه ORD مي‏گويند (Optical rotatory dispersion) كه براي تشريح فرمول اجسامي كه ساختمان پيچيده دارند به كار مي‏رود.

طرز کار پولاریمتر

در پولاریمتر، پولاریزور و آنالیزور هر دو از نوع منشور نیکول انتخاب می‌شوند و بین این دو لوله آزمون قرار می‌گیرد که مختص محلول مورد آزمایش است. استفاده از منشور نیکول برای ایجاد نور قطبیده و تعیین میزان چرخش نور است. اساسا می‌توان دو منشور را عمود بر هم قرار داد که بدین ترتیب شدت نور در عدم حضور نمونه به کمترین مقدار خود می‌رسد. نمونه با چرخش نور، شدت نور را افزایش می‌دهد و با چرخش آنالیزور می‌توان دوباره نور را به حداقل رساند. مقدار زاویه چرخش آنالیزور مربوط به قدرت چرخش نمونه است.

از آنجا که نمی‌توان کمترین مقدار شدت نور را با چشم و یا ردیابهای فتوالکتریک تعیین کرد، لذا از دستگاهی به نام سایه ساز استفاده می‌شود. این دستگاه یک تیغه نیم موج است که بین لوله و پولاریزور قرار می‌گیرد و به کمک آن دو نیم دایره که یکی روشنتر از دیگری است ایجاد می‌شود، قسمت روشن مربوط به نیمی از نور است که از تیغه عبور می‌کند و نیمه تاریک مربوط به نیم دیگر نور است که از اطراف تیغه می‌گذرد. با چرخش آنالیزور هر دو نیم دایره از نظر شدت نور برابر می‌شوند.
در عدم حضور نمونه، درجه‌ای که روشنایی دو نیم دایره یکسان شد، صفر دستگاه می‌باشد. اگر نمونه از نظر نوری فعال باشد، با قرار دادن آن در لوله، دوباره دو نیم دایره تاریک و روشن دیده می‌شود. سپس با چرخش آنالیزور شدت نور یکسان می‌شود و درجات چرخش از روی صفحات مندرج آنالیزور خوانده می‌شود. با استفاده از دستگاههای فتوالکتریک بجای چشم می‌توان میزان چرخش را با دقت ۰۰۱/۰ درجه تعیین کرد.