5.15: Polarimetre

1. Polarimetrenin Hazırlanması

1. Aleti açın ve 10 dakika ısınmasına izin verin.
2. Cihazın "optik döndürme" moduna ayarlandığından emin olun.
3. Polarimetre hücresinde (1.5 mL toplam numune hacmi, 1 dm uzunluğunda) sadece CHCl₃ içeren boş bir numune hazırlayın. Hava kabarcığı olmadığından emin olun.
4. Boş hücreyi tutucuya yerleştirin ve "sıfır" a basın.

2. Analit Numunesinin Hazırlanması

1. 1.5 mL CHCl_3'te 10-15 mg kiral analitten oluşan bir stok çözeltisi hazırlayın. Kullanılan bileşiğin tam miktarına dikkat edin.

3. Optik Dönüşü Ölçme

1. Hücreyi, numuneyi içeren hazırlanmış stok çözeltisinden 1.5 mL ile doldurun.
2. Hücreyi tutucuya yerleştirin ve "ölç" e basın. Makine okuması optik dönüş değerini verecektir. Sıcaklığı da kaydetmeyi unutmayın.

4. Özgül Rotasyonun Hesaplanması

1. Bir bileşiğin spesifik dönüşü aşağıdaki denklemle tanımlanır:
   
   burada α polarimetre tarafından verilen optik dönüş değeridir, l dm cinsinden hücre yolu uzunluğudur ve c, çözeltinin g/mL cinsinden konsantrasyonudur.

Polarimetreler, bir kimyasal ürünün saflığını değerlendirmek ve özelliklerini araştırmak için organik ve analitik kimyada yaygın olarak kullanılmaktadır.

Polarimetreler enantiyomerlerin varlığını tespit eder: çılgınca farklı biyolojik aktivitelere sahip olabilen bir bileşiğin ayna görüntüsü varyantları. Enantiyomerler arasında ayrım yapmak, farmasötikler de dahil olmak üzere birçok uygulamada kritik öneme sahiptir, çünkü bir enantiyomer tipik olarak biyolojik etkilerden sorumluyken, diğeri genellikle inert, daha az aktif veya ilaç talidomid durumunda olduğu gibi zararlıdır.

Bu videoda polarimetri prensipleri gösterilecek, bir polarimetrenin kurulumu ve çalıştırılması gösterilecek ve bazı uygulamalar tartışılacaktır.

Polarimetri, stereomerkezler içeren organik bileşikleri incelemek için yararlıdır.

Stereocenter'lar, dört farklı atoma veya gruba bağlı karbon atomlarıdır. Bu örnekte, karbon atomu hidrojen, flor, klor ve broma bağlanarak bromo-kloro-floro-metan oluşturur.

Stereomerkezler içeren bileşiklere "kiral" denir, yani ayna görüntüsü izomerleri olarak var olurlar: birbirinin üzerine binmek için döndürülemeyen veya yönlendirilemeyen eşdeğer olmayan fiziksel yapılar. Ayna görüntüsü izomerlerine "enantiyomerler" denir ve optikle ilgili bir istisna dışında aynı fiziksel özelliklere sahiptirler.

Optikte, lazer olmayan ışık kaynakları, çeşitli düzlemlerde salınan ışık dalgaları yayar. Bu tür ışık dalgalarına "polarize olmayan" denir. Bununla birlikte, bazı malzemeler, salınım düzlemlerine göre ışık dalgalarını filtreleyebilir, yalnızca belirli bir düzlemde salınan ışık dalgalarını iletirken, diğer düzlemlerde salınanları emebilir. İletilen ışık "düzlem polarize" olmuştur.

Enantiyomerlerin düzlem polarize ışık üzerinde farklı etkileri vardır. Düzlem polarize ışık tarafından vurulurlarsa, bir enantiyomer salınım düzlemini saat yönünde döndürürken, diğeri salınım düzlemini saat yönünün tersine eşit bir açıyla döndürür. İlki "dekstrorotator" enantiyomer olarak adlandırılır ve adının önüne artı işareti eklenir. Sonuncusu "levorotatory" enantiyomer olarak adlandırılır ve adının önüne eksi işareti eklenir. Dönme açısının konsantrasyona oranı her bileşik için benzersizdir ve "spesifik optik rotasyon" olarak adlandırılır.

Bir polarimetre, bir numunede enantiyomerlerden birinin veya her ikisinin mevcut olup olmadığını tespit eder. Bir ışık kaynağı, bir polarizör, bir numune hücresi, bir dedektör ve bir analizörden oluşur. Işık kaynağı, polarize olmayan ancak tek renkli olan ışık dalgaları yayar, yani aynı dalga boyuna sahiptirler. Işık dalgaları daha sonra, yalnızca belirli bir düzlemde salınanları ileten ve düzlem polarize bir ışın veren polarizörle karşılaşır. Düzlem polarize ışık daha sonra numune hücresindeki numune ile etkileşime girer.

Numune, kiral bileşiğin yalnızca bir enantiyomerini içeriyorsa, polarize ışık dönecektir. Açı "optik rotasyon" olarak adlandırılır ve bileşiğin spesifik optik rotasyonuna, konsantrasyonuna ve numune hücresinin uzunluğuna bağlıdır. Öte yandan, her iki enantiyomer de eşit konsantrasyonlarda mevcutsa, polarize ışığı döndüremeyen bir "rasemik karışım" oluştururlar. Son olarak, bir enantiyomer diğerinden daha yüksek konsantrasyonda mevcutsa, bir "enantiyomerik fazlalık" ortaya çıkar ve salınım düzlemi fazlalıkla orantılı olarak döndürülür.

Polarize ışık numuneden geçtikten sonra tespit edilir. Analizör optik dönüşü ölçer.

Artık prensipleri gördüğünüze göre, tipik bir çalıştırma prosedürünü inceleyelim.

Polarimetreyi kullanmanın ilk adımı cihazı sıfırlamaktır.

Önce polarimetreyi açın ve 10 dakika ısınmasına izin verin.

Cihazı optik döndürme moduna ayarlayın.

Numune hücresi tipik olarak 1 dm uzunluğunda ve 1.5 mL hacimli bir tüptür. Aseton ve laboratuvar mendilleri ile temizleyerek hücreyi hazırlayın.

Boş numune hücresini yavaşça tutucuya yerleştirin ve "sıfır"a basın. Bu, taban çizgisini oluşturur.

Daha sonra, incelenen kiral bileşiğin saf bir örneğini kullanarak polarimetreyi kalibre edin.

Bu örnekte, carvone'un dekstrorotatör enantiyomeri kullanılmıştır. Numune hücresine 1,5 mL pipetleyin. Hücreyi tutucuya yerleştirin ve "ölç" e basın. Optik dönüş görüntülenir. Ölçülen optik rotasyonun konsantrasyona veya saf maddeler için yoğunluğa ve hücre uzunluğuna bölünmesi, bileşiğin spesifik optik rotasyonunu verir.

Saflaştırılmış bir bilinmeyenin spesifik optik dönüşü, bilinmeyenin optik olarak aktif olmayan bir çözücü içinde çözülmesi ve optik dönüşün ölçülmesiyle benzer şekilde bulunabilir. Bileşiğin spesifik optik dönüşü daha sonra konsantrasyona bölünerek belirlenir. Bileşik daha sonra spesifik optik dönüşünü literatür değerleriyle karşılaştırarak tanımlanır.

Artık ölçümleri nasıl yapacağınızı bildiğinize göre, bazı pratik uygulamaları keşfedeceğiz.

İlaç endüstrisinde, kalite kontrol için polarimetri kullanılır. Örneğin, ticari öksürük baskılayıcılarda efedrin konsantrasyonunu ve enantiyomerik saflığını ölçmek için kullanılmıştır. Diğer bileşenlerin varlığında bile, bu teknik% 1 içinde efedrin konsantrasyonunu belirlemek için kullanılabilir.

Yiyecek ve içecek endüstrilerinde, sükroz konsantrasyonları ve saflıkları özel olarak tasarlanmış akış polarimetreleri ile sürekli olarak izlenir. Gıdalardaki en yaygın bileşenlerden biri olan sakkaroz, 66,5 derecelik spesifik bir optik rotasyona sahiptir. Sükroz akışının optik dönüşünü, sakarozun spesifik optik dönüşüne bölerek, konsantrasyon belirlenebilir. Optik rotasyondaki dalgalanmalar, sükroz konsantrasyonundaki dalgalanmaları gösterecektir.

Polarimetri, penisilin-penisilinaz sistemi gibi enzim sistemleri için kinetikler de dahil olmak üzere reaksiyon kinetiğini incelemek için de kullanılmıştır. Bu durumda, numune hücresi hem enzim hem de substrat içerir ve optik rotasyon zamana göre ölçülür. Optik rotasyondaki değişiklik, substrat konsantrasyonundaki değişiklikle doğru orantılıdır. Bu sadece reaksiyon kinetiğini ortaya çıkarmakla kalmaz, aynı zamanda gelecekteki deneylerde enzim ve substrat konsantrasyonlarının aynı anda belirlenmesine de izin verir.

Az önce JoVE'nin polarimetreye girişini izlediniz. Artık çalışma prensiplerini, kurulum ve ölçüm adımlarını ve bazı uygulamalarını anlamalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler!