Визначення концентрації та питомого обертання розчинів цукрів за допомогою універсального

І ВДІЛЬНОГО ОБЕРТАННЯ РОЗЧИН ЦУКРОВ

ЗА ДОПОМОГИ УНІВЕРСАЛЬНОГО САХАРИМЕТРУ

Однією з методик, які застосовуються в клінічних лабораторіях для визначення концентрації цукру в прозорих біологічних середовищах (наприклад, у сечі), є сахариметрія. Вона є різновидом методу поляриметрії, який заснований на визначенні оптичної активності речовин, тобто на вимірі кута повороту площини коливань поляризованого світла при його проходженні через оптично активні середовища (речовини). До оптично активних середовищ відносяться кварц, різні олії та багато біологічно важливих сполук (цукри, амінокислоти, білки тощо).

Серед оптично активних речовин зустрічаютьсяD- іL-ізомери. Перші обертають площину коливань поляризованого світла вправо, а другі-вліво. Напрямок цього обертання визначається по відношенню до спостерігача, який дивиться назустріч променю: якщо поворот площини коливань лінійно поляризованого світла відбувається за годинниковою стрілкою, то оптично активна речовина, що викликала його, є правообертальним; лівообертаючі речовини повертають цю площину в протилежному напрямку. Слід зазначити, що в метаболічних процесах, що протікають в організмі людини і тварин, беруть участь тількиD-цукри таL-амінокислоти.

При постійній товщині шару (l) оптично активної речовини, що знаходиться на шляху поляризованого світла, кут повороту площини коливань (φ) прямо пропорційний концентрації (С)цієї речовини в розчині: j = Символом [a0] у формулі позначено так зване

питоме обертання оптично активногоречовини. Ця фізична величина чисельно дорівнює стократному куту повороту площини коливань лінійно поляризованого світла 1% розчином оптично активної речовини товщиною 1 дм, Розмірність питомого обертання: град ∙ см3 ∙ г-1 ∙ дм-1.

Питоме обертання залежить, передусім, від природи речовини (від особливостей його молекулярної структури), і навіть від температури розчину та довжини хвилі поляризованого світла. Так, при пропусканні через розчинD-глюкози, що має температуру 20˚C, жовтого світла (λ=589,4 нм) стократний кут повороту площини коливань цією речовиною (при товщині його шару) 1 дм) становить 52,8 град. У тих самих умовах уL- глюкози [αо]=–51,4 градּсм3ּг-1ּдм-1. Отже, стереоізомери глюкози розрізняються не тільки протилежним напрямом обертання площини коливань, але і різною величиною питомого обертання: [αо]D≠ [αо]L.

Оптична схема найпростішого сахариметра (поляриметра) представлена на рис.1. Вона включає кварцову пластинку, завдяки чому сахариметр відноситься до групи напівтіньових поляриметрів. У таких приладах вимірювання зводиться до візуального зрівнювання яскравостей різних частин поля зору та подальшого зчитування показань за шкалою обертань, з ноніусом (допоміжною шкалою, за допомогою якої відраховуються частки поділу основної шкали поляриметра). Така візуальна реєстрація, заснована на здатності людини добре розрізняти світловий контраст, має досить високу чутливість, цілком достатню для медичних цілей.

Згідно з оптичною схемою поляриметра світловий потік, що йде від джерела світла (Л) через світлофільтр (СФ) і об'єктив (Про) проходить через поляризатор (П (8)), який перетворює його на поляризований потік світла.Потім потік світла проходить через напівтіньову пластинку (К), що розділяє його на дві половини лінією розділу. Аналізатор пропускає рівні по яскравості обидві половини світлового потоку і в полі зору зорової труби, що складається з об'єктива (О') та окуляра (Ок),встановлені після аналізатора , спостерігаються дві однакові половини поля, розділені тонкою лінією та звані полями порівняння. При установці кювети (трубки) з розчином цукру (Т) між поляризатором і аналізатором порушується рівність яскравостей полів порівняння, так як досліджуваний розчин повертає площину поляризації на кут, пропорційний концентрації розчину.

У сучасних сахариметрах (наприклад, СУ-4 ) для зрівнювання яскравостей полів порівняння застосовується клиновий кварцовий компенсатор, що складається з рухомого кварцового клина лівого обертання і нерухомого контркліна правого обертання. Переміщенням рухомого клина щодо контркліну встановлюють таку сумарну товщину клинів по оптичній осі, при якій компенсується кут повороту площини поляризації розчину. При цьому відбувається вирівнювання яскравостей полів порівняння. Одночасно, оскільки рухливий клин пов'язаний з вимірювальною шкалою, переміщається вимірювальна шкала. За нульовим поділом ноніуса фіксують значення шкали, що відповідає стану однакової (мінімальної) яскравості полів порівняння. На рис.2а) показано розташування вимірювальної шкали (внизу) і ноніуса (нагорі), яке відповідає установці приладу на "нуль", тобто значення так званого нульового кута (φ0) дорівнює 0. Поділ ноніуса поєднано з нульовим розподілом шкали, а останній "соте" розподіл ноніуса точно збігається з певним розподілом нижньої шкали.

У сахариметрі СУ-4 для вимірювання кута поворотуплощині поляризації світла застосована міжнародна цукрова шкала (0S). Один поділ цукрової шкалі (10S) дорівнює 0,3460 кутовим (у градусах) тобто: 1000S=34,60. Один поділ ноніуса відповідає 0,050S. На рис.2.б) показано положення ноніуса і шкали, відповідне відліку “+ 11,850S ” (нуль ноніуса розташований правіше за нуль шкали на 11 повних поділів і в правій частині з одним з поділів шкали поєднується його сімнадцятий поділ, що відповідає значенню S 0,8 ноніуса). Отже кут повороту площини поляризації світла в кутових одиницях (у градусах) дорівнює: =11,85 · 0,346 = 4,100.

Лабораторна робота складається із двох частин. У першій з них вимірюється концентрація розчину D-глюкози, а у другій – визначається питоме обертання D-сахарози.

Порядок виконання лабораторної роботи

Перед виконанням лабораторної роботи прилад налаштовується та регулюється лаборантом або викладачем з метою встановлення його на нуль. Для встановлення приладу на нуль (нульовий кут φ0=0) використовується спеціальний механізм встановлення ноніуса за допомогою юстирувального ключа. Якщо нульовий кут φ0 не дорівнює 0, необхідно це враховувати при вимірюванні кута повороту площини поляризації світла.

І частина. Вимірювання концентрації розчину D-глюкози.

1. Увімкнути прилад (освітлювальний пристрій). Отримати чітке зображення (шляхом регулювання окуляра зорової труби) вертикальної лінії поділу полів порівняння. Встановити лупу на максимальну різкість зображення штрихів та цифр вимірювальної шкали та ноніуса. Перевірити установку приладу на нуль: кюветне відділення закрите і в ньому відсутня трубка із розчином цукру; вимірювальна шкала та ноніус за допомогою рукоятки клинового компенсатора встановлені як на рис.2а; поля порівняння маютьоднакову (мінімальну) яскравість.

2. Визначити кут повороту площини коливань поляризованого світла розчином D – глюкози – φгл. Вимірювання зробити в такій послідовності:

а) помістити в сахариметр трубку з розчином D - глюкози (якомога ближче до окуляра) в кюветне відділення і закрити її;

б) зрівняти мінімальну яскравість полів порівняння обертанням рукоятки клинового компенcатора;

в) зробити відлік показань за вимірювальною шкалою та ноніусом з точністю до 0,050S;

г) "збити" положення рукоятки клинового компенсатора і знову зрівняти яскравості полів порівняння і зробити новий відлік кута за шкалою та ноніусом. Операцію виміру повторити не менше 3-5 разів і результати занести до таблиці 1;

д) витягти із сахариметра трубку з розчином глюкози.

Таблиця для запису результатів вимірювань концентрації D-глюкози.