Ряд веществ, в частности растворы сахаров, оптически активны, т. е. способны вращать плоскость поляризации проходящего через них поляризованного луча света на определенный угол вправо (по часовой стрелке) или влево (против часовой стрелки).
На свойстве сахарозы, лактозы, глюкозы отклонять плоскость поляризации проходящего через них поляризованного луча основано поляриметрическое определение сахаров. Отклонение поляризованного луча определяют специальными приборами— поляриметрами или сахариметрами.
На рис. 17 представлена простейшая схема поляриметра. Поляризатор и анализатор представляют собой две так называемые призмы Николя, изготовляемые из исландского шпата. Кристалл исландского шпата обладает двойным лучепреломлением; луч света, проходя через кристалл, поляризуется в двух перпендикулярных плоскостях.
В поляризаторе один из поляризованных лучей с большим показателем преломления аб, падая на границу раздела, претерпевает полное внутреннее отражение и уходит в направлении бв (рис. 17). Другой поляризованный луч аг проходит через поляриметр. Если на пути этого луча поместить вторую призму (анализатор), имеющую такое же положение, поляризованный луч пройдет через нее, и в окуляре 4 будет видно светлое поле. Если вторую призму (анализатор) вращать по оси прохождения луча, то интенсивность его ослабевает и при повороте на 90° луч затухает.
Когда между призмами, находящимися в таком положении, помещают оптически активный раствор, луч, проходя через раствор, изменит свое направление и вторая призма будет неполностью вызывать затухание колебаний луча, в окуляре появится свет. Для полного затемнения необходимо анализатор повернуть на некоторый угол. По прикрепленному к анализатору указателю находят угол вращения на круговой шкале поляриметра. Шкала разделена на 360°, а каждый градус — на 4 части. 24 малым делениям круговой шкалы соответствуют 25 делений нониуса.
При поляриметрическом определении содержание исследуемого вещества в растворе рассчитывают по формуле:
Характерным показателем каждого оптически активного вещества является его удельное вращение [а] — угол вращения плоскости поляризации раствором, содержащим 100 г вещества в 100 мл, когда луч в этом растворе проходит путь, равный одному дециметру. Для сахарозы [а]= +66,5; лактозы [а]=+52,5 и инвертного сахара [а]=—20,59.
Например, если при анализе сахара угол поляризации 25°. а исследование проводили в трубке длиной 2 дм (200 мм), то
При работе с поляриметром пользуются однородным желтым светом натриевого пламени. Обычным белым, дневным или электрическим, не пользуются, так как вследствие вращательной дисперсии (рассеивания) отдельных лучей, входящих в состав белого света, обладающих разным преломлением, обе половинки поля зрения окрашиваются в разные цвета и невозможно получить одинаковую затененность поля. Для получения желтого света в пламя горелки вносят хлористый натрий и после поляризатора помещают светофильтр — трубку, заполненную раствором К2Сr О7.
Наиболее распространенными приборами являются сахариметры, служащие для определения сахара. Сахариметр отличается от поляриметра тем, что вместо круговой шкалы имеется условная, линейная шкала Вентцке, по которой можно находить концентрацию сахара в растворе в процентах.
Условная линейная шкала сахариметра имеет 100 делений. Отсчет 100 получают, когда поляризуют в трубке длиной 2 дм (200 мм) водный раствор, содержащий «нормальную» навеску сахарозы — 26 г в 100 мл (для некоторых сахариметров нормальной навеской является 26,026 г, что указано в инструкции, прилагаемой к прибору), т. е. 1° шкалы соответствует содержанию 0,26 г сахарозы в 100 мл. Шкала снабжена нониусом, 10 делений которого соответствуют 9 делениям линейной шкалы. При помощи нониуса отсчитывают десятые доли деления основной шкалы.
Если взята нормальная навеска любого вещества, содержащего сахарозу, раствор доведен до 100 мл и поляризацию проводят в трубке длиной 200 мм, то по шкале находят непосредственно содержание сахарозы в исследуемом веществе в процентах.
1° условной шкалы сахариметра соответствует 0,3467° дуговой шкалы поляриметра.
Для лактозы нормальной навеской является 33 г в 100 мл и одно деление шкалы соответствует в этом случае 0,33 г лактозы.
На рис. 18 представлен сахариметр с двойной клиновой компенсацией.
При определении содержания сахара чистую сухую поляризационную трубу закрывают с одной стороны стеклом, навинчивают головку и наполняют трубку приготовленным прозрачным раствором, имеющим температуру 20° С, приливая его по стенке трубки доверху; образуется выпуклая поверхность раствора. Надвигают на трубку стеклышко, удаляя лишнюю жидкость и следя, чтобы под стеклышком не оставалось пузырьков воздуха, завинчивают головку, и трубку вкладывают в камеру прибора.
При наблюдении в поляриметре вследствие оптического действия раствора сахара одна часть поля зрения затенена сильнее другой и заметна вертикальная граница, разделяющая поле зрения на две части. Поворотом рабочего винта 9 в ту и другую сторону добиваются получения равномерного освещения частей поля зрения, после чего производят отсчет по шкале, пользуясь нониусом. Для этого определяют положение нулевой точки нониуса в отношении делений шкалы.
Если нуль нониуса приходится между двумя делениями шкалы, то берут меньшее число, которое показывает целое число отсчета по шкале. Затем смотрят вправо от нуля нониуса, находят деление, которое совпадает с каким-либо делением шкалы; это число дает десятые части отсчета по шкале. Из 3—4 определений берут среднее. По окончании работы раствор из трубки выливают, трубку промывают сначала простой чистой водой, затем дистиллированной. Высушивают трубку, проталкивая деревянной палочкой небольшие комочки фильтровальной бумаги.
С поляриметром и сахариметром работают при температуре, близкой к 20 °С, и в затемненном помещении или в обычном помещении, установив прибор так, чтобы свет от окна или ламп не падал в глаза работающего.