5.15: 旋光計

1、偏光計の準備

1. 楽器を有効にし、それはウォーム アップに 10 分。
2. 楽器は、「旋光」モードに設定されていることを確認します。
3. 旋光計 (1.5 mL 総サンプル ボリューム、長さは 1 dm) セル含む唯一 CHCl₃空サンプルを準備します。気泡の存在がないことを確認します。
4. ホルダーに空白のセルを置き、「ゼロ」を押します

2. 検体サンプルの調製

1. 1.5 ml CHCl₃キラル試料の 10-15 mg の原液を準備します。使用される化合物の正確な量に注意してください。

3. 測定光学回転

1. 1.5 ml のサンプルを含む準備の原液のセルを入力します。
2. ホルダーを押し「メジャー」のセルを配置します。コンピューター読み出しは光学回転値を与えます。同様の温度を記録してください。

4. 特定の回転の計算

1. 化合物の特定の回転は、次の式によって定義されます。
   
   dm、セル pathlength α が旋光計、 lによって与えられた光の回転値は、 cはグラム/mL の溶液の濃度。

食べ物と飲み物産業でショ糖濃度と純度が、特別に設計されたフロー偏で継続的に監視されます。ショ糖は、食品では、最も一般的な成分の一つが 66.5 度の特定の光の回転。ショ糖の特定の光学回転によってショ糖ストリームの光学回転を割って濃度を決定できます。光の回転変動、ショ糖濃度の変動を示します。

偏光は、ペニシリン ペニシリナーゼ システムなどの酵素系の動力学を含む反応の速度論の研究にも使用されています。この場合、サンプルのセルには、酵素と基質の両方が含まれている、時間に対する旋光を測定します。旋光の変化、基質濃度の変化に直接比例します。反応速度論を明らかにするだけでなく、酵素の同時定量ができ、基質濃度を将来的に試金します。

偏光計は、化学製品の純度を評価し、その特性を調査するために、有機化学および分析化学で広く使用されています。

偏光計は、エナンチオマー(生物学的活性が大きく異なる可能性のある化合物の鏡像変異体)の存在を検出します。エナンチオマーを区別することは、医薬品を含む多くのアプリケーションで重要であり、一方のエナンチオマーは通常生物学的影響に関与し、もう一方のエナンチオマーは通常不活性で活性が低いか、またはサリドマイドという薬の場合のように有害であるためです。

このビデオでは、偏光計の原理を説明し、偏光計のセットアップと操作を示し、いくつかのアプリケーションについて説明します。

偏光測定は、立体中心を含む有機化合物の研究に役立ちます。

立体中心は、4つの異なる原子またはグループに結合した炭素原子です。この例では、炭素原子が水素、フッ素、塩素、臭素に結合し、ブロモ-クロロ-フルオロ-メタンを形成します。

立体中心を含む化合物は「キラル」と呼ばれ、鏡像異性体、つまり回転させたり向きを変えたりして互いに重ね合わせることができない非等価の物理構造として存在します。鏡像異性体は「鏡像異性体」と呼ばれ、光学に関連する1つの例外を除いて、同じ物理的特性を持っています。

光学では、非レーザー光源は、さまざまな平面で振動する光波を放出します。このような光波を「非偏光」と呼びます。ただし、特定の材料は、振動面に基づいて光波をフィルタリングし、ある特定の平面で振動する光波のみを透過し、他の平面で振動する光波を吸収することができます。透過光は「平面偏光」されています。

エナンチオマーは、平面偏光に対して異なる効果をもたらします。平面偏光が当たると、一方の鏡像異性体は振動面を時計回りに回転させ、もう一方は振動面を反時計回りに等角度回転させます。前者は「dextrorotatory」エナンチオマーと呼ばれ、その名前の前にプラス記号が付きます。後者は「左旋性」エナンチオマーと呼ばれ、その名前の前にマイナス記号が付きます。回転角度と濃度の比率は化合物ごとに異なり、「比光学回転」と呼ばれています。

偏光計は、サンプル中に片方または両方のエナンチオマーが存在するかどうかを検出します。光源、偏光子、サンプルセル、検出器、およびアナライザーで構成されています。光源は、偏光されていないが単色の光波を放出します。つまり、同じ波長です。その後、光波は偏光子に遭遇し、偏光子は1つの特定の平面で振動するもののみを透過し、平面偏光ビームを生成します。次に、平面偏光はサンプルセル内のサンプルと相互作用します。

サンプルにキラル化合物のエナンチオマーが1つしか含まれていない場合、偏光は回転します。この角度は「旋光度」と呼ばれ、化合物の特定の旋光度、その濃度、およびサンプルセルの長さに依存します。一方、両方のエナンチオマーが同じ濃度で存在する場合、偏光を回転させることができない「ラセミ混合物」を形成します。最後に、一方のエナンチオマーが他方よりも高濃度で存在する場合、「エナンチオマー過剰」が発生し、振動面は過剰に比例して回転します。

偏光がサンプルを通過した後、検出されます。アナライザーは光学回転を測定します。

原則を確認したので、一般的な操作手順を見てみましょう。

偏光計を使用するための最初のステップは、機器をゼロにすることです。

まず、偏光計をオンにし、10分間ウォームアップします。

機器を光学回転モードに設定します。

サンプルセルは通常、長さ1 dmのチューブで、容量は1.5 mLです。アセトンとラボ用ワイプで洗浄して細胞を調製します。

空のサンプルセルをホルダーにそっと置き、「ゼロ」を押します。これにより、ベースラインが確立されます。

次に、調査中のキラル化合物の純粋なサンプルを使用して偏光計を校正します。

この例では、カルボンのデキストロロータリーエナンチオマーを使用しています。1.5mLをサンプルセルにピペットで移します。セルをホルダーに挿入し、「測定」を押します。旋光回転が表示されます。測定された光学回転を濃度、または純粋な物質の密度、および細胞長で割ると、化合物の特定の光学回転が得られます。

精製された未知物質の特異的な光学回転は、光学的に不活性な溶媒に未知物質を溶解し、その光学回転を測定することによって、同様に求めることができる。次に、化合物の特定の光学回転は、濃度で割ることによって決定されます。次に、その特定の旋光度を文献値と比較することにより、化合物を同定します。

測定の実行方法がわかったところで、いくつかの実用的なアプリケーションについて説明します。

製薬業界では、偏光測定は品質管理に使用されています。例えば、市販の咳止め剤中のエフェドリンの濃度と鏡像異性体の純度を測定するために使用されています。他の成分が存在する場合でも、この手法を使用してエフェドリン濃度を1%以内に決定できます。

食品・飲料業界では、特別に設計されたフロー偏光計でショ糖の濃度と純度を連続的に監視しています。食品に最もよく含まれる成分の1つであるショ糖は、66.5度の比旋光度を持っています。スクロースストリームの旋光回転をショ糖の特定の旋光回転で割ることにより、濃度を決定できます。旋光度の変動は、ショ糖濃度の変動を示します。

偏光測定は、ペニシリン-ペニシリナーゼシステムなどの酵素系の動態を含む反応速度論の研究にも使用されています。この場合、サンプルセルには酵素と基質の両方が含まれており、旋光度は時間に対して測定されます。旋光度の変化は、基板濃度の変化に正比例します。これにより、反応速度が明らかになるだけでなく、将来のアッセイで酵素と基質の濃度を同時に測定することが可能になります。

JoVEの偏光計の紹介を見ました。これで、その動作原理、セットアップと測定の手順、およびそのアプリケーションの一部を理解する必要があります。ご覧いただきありがとうございます!