폴라리미터

편광계는 유기 및 분석 화학에서 화학 제품의 순도를 평가하고 그 특성을 조사하는 데 널리 사용됩니다.

편광계는 거울상 이성질체(enantiomers)의 존재를 감지합니다: 매우 다양한 생물학적 활성을 가질 수 있는 화합물의 거울상 변형체. 거울상 이성질체를 구별하는 것은 제약을 포함한 많은 응용 분야에서 매우 중요한데, 한 거울상 이성질체는 일반적으로 생물학적 효과를 담당하는 반면 다른 거울상 이성질체는 일반적으로 불활성이거나 덜 활동적이거나 약물 탈리도마이드의 경우와 같이 유해하기 때문입니다.

이 비디오는 편광계의 원리를 설명하고, 편광계의 설정 및 작동을 시연하며, 몇 가지 응용 분야에 대해 설명합니다.

편광계는 입체중심을 포함하는 유기 화합물을 연구하는 데 유용합니다.

입체 중심은 4 개의 서로 다른 원자 또는 그룹에 결합 된 탄소 원자입니다. 이 예에서 탄소 원자는 수소, 불소, 염소 및 브롬에 결합되어 브로모-클로로-플루오로-메탄을 형성합니다.

입체 중심을 포함하는 화합물은 "키랄"이라고 불리며, 이는 거울 이미지 이성질체로 존재한다는 것을 의미하며, 이는 서로 겹치기 위해 회전하거나 방향을 지정할 수 없는 동등하지 않은 물리적 구조입니다. 미러 이미지 이성질체는 "거울상 이성질체"라고 불리며, 광학과 관련된 한 가지 예외를 제외하고는 동일한 물리적 특성을 가지고 있습니다.

광학에서 레이저가 아닌 광원은 다양한 평면에서 진동하는 광파를 방출합니다. 이러한 광파를 "편광되지 않은"이라고 합니다. 그러나 특정 물질은 진동 평면을 기반으로 광파를 필터링하여 한 특정 평면에서 진동하는 광파만 투과하고 다른 평면에서 진동하는 광파를 흡수할 수 있습니다. 투과된 빛은 "평면 편광"되었습니다.

거울상 이성질체는 평면 편광에 대해 다양한 효과를 갖습니다. 평면 편광에 부딪히면 하나의 거울상 이성질체는 진동 평면을 시계 방향으로 회전시키고 다른 하나는 진동 평면을 시계 반대 방향으로 동일한 각도로 회전시킵니다. 전자는 "dextrorotatory"거울상 이성질체라고하며, 그 이름 앞에는 더하기 기호가 붙습니다. 후자는 "levorotatory"거울상 이성질체라고하며, 그 이름 앞에는 빼기 기호가 붙습니다. 농도에 대한 회전 각도의 비율은 화합물마다 고유하며 "특정 광학 회전"이라고 합니다.

편광계는 샘플에 하나 또는 두 거울상 이성질체가 존재하는지 여부를 감지합니다. 광원, 편광판, 샘플 셀, 검출기 및 분석기로 구성됩니다. 광원은 편광되지 않지만 단색인 광파를 방출하는데, 이는 동일한 파장을 갖는다는 것을 의미합니다. 그런 다음 광파는 편광자를 만나게 되며, 편광자는 하나의 특정 평면에서 진동하는 광파만 투과하여 평면 편광 빔을 생성합니다. 그런 다음 평면 편광은 샘플 셀의 샘플과 상호 작용합니다.

샘플에 키랄 화합물의 거울상 이성질체가 하나만 포함되어 있으면 편광이 회전합니다. 이 각도는 "광회전(optical rotation)"이라고 불리며, 이는 화합물의 특정 광학적 회전, 농도 및 시료 셀의 길이에 따라 달라집니다. 반면에, 두 거울상 이성질체가 동일한 농도로 존재한다면, 편광을 회전시킬 수 없는 "라세미 혼합물"을 형성합니다. 마지막으로, 하나의 거울상 이성질체가 다른 것보다 더 높은 농도로 존재하면 "거울상 이성질체 과잉"이 발생하고 진동 평면은 과잉에 비례하여 회전합니다.

편광이 샘플을 통과한 후 감지됩니다. 분석기는 선광을 측정합니다.

이제 원리를 살펴보았으므로 일반적인 작동 절차를 살펴보겠습니다.

편광계를 사용하는 첫 번째 단계는 기기를 영점 조정하는 것입니다.

먼저 편광계를 켜고 10분 동안 예열합니다.

기기를 광학 회전 모드로 설정합니다.

시료 셀은 일반적으로 1.5mL 부피의 1dm 길이의 튜브입니다. 아세톤과 실험실 물티슈로 세척하여 세포를 준비합니다.

빈 샘플 셀을 홀더에 부드럽게 넣고 "zero"를 누릅니다. 이렇게 하면 기준선이 설정됩니다.

다음으로, 조사 중인 키랄 화합물의 순수한 샘플을 사용하여 편광계를 보정합니다.

이 예에서는 carvone의 dextrorotatory 거울상 이성질체가 사용됩니다. 1.5mL를 시료 셀에 피펫으로 넣습니다. 홀더에 셀을 삽입하고 "측정"을 누릅니다. 광학 회전이 표시됩니다. 측정된 광회전을 농도 또는 순수 물질의 밀도 및 세포 길이로 나누면 화합물의 특정 광학적 회전을 산출합니다.

정제된 미지 물질의 특정 광회전은 광학적 비활성 용매에 미지 물질을 용해시키고 광회전을 측정함으로써 유사하게 찾을 수 있습니다. 그런 다음 화합물의 특정 광학 회전은 농도로 나누어 결정됩니다. 그런 다음 화합물은 특정 광학 회전을 문헌 값과 비교하여 식별됩니다.

이제 측정을 수행하는 방법을 알았으므로 몇 가지 실제 응용 프로그램을 살펴보겠습니다.

제약 산업에서 편광계는 품질 관리에 사용됩니다. 예를 들어, 상업용 기침 억제제에서 에페드린의 농도 및 거울상 이성질체 순도를 측정하는 데 사용되었습니다. 다른 성분이 있는 경우에도 이 기술을 사용하여 에페드린 농도를 1% 이내로 측정할 수 있습니다.

식품 및 음료 산업에서는 자당 농도와 순도가 특별히 설계된 유동 편광계로 지속적으로 모니터링됩니다. 식품에 가장 많이 함유된 성분 중 하나인 설탕은 66.5도의 특정 광학 회전을 가지고 있습니다. 슈크로스 스트림의 광학적 회전을 슈크로스의 특정 광학적 회전으로 나누음으로써, 농도를 결정할 수 있다. 광학 회전의 변동은 자당 농도의 변동을 나타냅니다.

편광계는 또한 페니실린-페니실리나제 시스템과 같은 효소 시스템에 대한 반응 역학을 포함하여 반응 역학을 연구하는 데 사용되었습니다. 이 경우, 샘플 셀에는 효소와 기질이 모두 포함되어 있으며, 광회전은 시간에 따라 측정됩니다. 광학 회전의 변화는 기판 농도의 변화에 정비례합니다. 이는 반응 역학을 밝힐 뿐만 아니라 향후 분석에서 효소 및 기질 농도를 동시에 측정할 수 있습니다.

방금 JoVE의 편광계 소개를 시청했습니다. 이제 작동 원리, 설정 및 측정 단계, 일부 응용 프로그램을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!