Pomiar kąta skręcenia polaryzacji światła oraz skręcalności właściwej roztworów sacharozy I. Wstęp, zastosowania metody w medycynie

Transkrypt

1 Pomiar kąta skręcenia polaryzacji światła oraz skręcalności właściwej roztworów sacharozy I. Wstęp, zastosowania metody w medycynie Związki, których cząsteczki ze względu na swoją budowę występują w postaci enancjomerów to związki chiralne. Wykazują one zdolność do skręcania płaszczyzny polaryzacji fali świetlnej. W zależności od budowy jeden z enancjomerów cząsteczki wykazuje zdolność prawo- lub lewoskrętną. Związkami chiralnymi są np. kwas mlekowy czy glukoza. W medycynie skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła na dużą skalę wykorzystywane jest do szybkiego badania zawartości cukru w próbkach np. zawartości cukru w moczu, oznaczanie optycznej skręcalności leków (antybiotyków, kodeiny, środków przeciwbólowych). W licznych badaniach naukowych udowodniono, że światło spolaryzowane ma wysoką aktywność biologiczną, co wynika z interakcji elektromagnetycznych w komórkach organizmów żywych. Zakłada się, że efekty biologiczne są następstwem zmian zachodzących pod wpływem światła spolaryzowanego w dwuwarstwowej warstwie błony komórkowej- światło spolaryzowane porządkuje metastabliny stan błony lipidowej, a to wpływa na procesy wewnątrzkomórkowe. Działanie światła spolaryzowanego ma charakter biostymulujący, z którego wynika działanie przeciwzapalne, przeciwbólowe, hamujące procesy metaboliczne, stymulujące procesy regeneracji i samoleczenia organizmu. Terapia światłem spolaryzowanym, ma zastosowanie w wielu dziedzinach medycyny: traumatologii, reumatologii, neurologii, dermatologii, medycynie sportowej, chirurgii plastycznej i kosmetologii. W Polsce dostępne są urządzenia terapeutyczne, emitujące światło spolaryzowane zalicza się do nich aparaty np.: BIOPTRON, BioStimul, laser biostymulujący TERAPUS. Producenci w/w aparatury podają następujące wskazania terapeutyczne: - leczenie ran pourazowych, pooperacyjnych, oparzeń, odleżyn, owrzodzeń - leczeniu chorób skóry (grzybicy, egzemy, alergii skórnych) -leczeniu schorzeń organów ruchu (reumatyzm, kontuzje, haluxy, zapalenie ścięgien, bóle kręgosłupa, stawów) - leczenie przewlekłych zespołów bólowych (migreny, neuralgii) -leczenie zapalenia zatok przynosowych, chrypki -leczenie schorzeń ginekologicznych -leczenie schorzeń stomatologicznych (odciski pod protezami, stany zapalne w jamie ustnej, afty) -leczenie depresji, zaburzeń snu - w kosmetyce np. trądziku, blizn Badania efektów biologicznego oddziaływania spolaryzowanego liniowo światła laserowego małej mocy wykazały subtelne, wielokierunkowe efekty będące wynikiem ingerencji promieniowania elektromagnetycznego w procesy metaboliczne komórki. Na poziomie komórki stwierdza się m.in. przyspieszenie wymiany elektrolitowej komórkaotoczenie, wzrost aktywności mitotycznej, wzrost aktywności enzymów i zwiększenie syntezy ATP. Na poziomie tkanki obserwuje się m.in. poprawę mikrokrążenia, pobudzenie angiogenezy i działanie immunomodulacyjne

2 II. Podstawy teoretyczne, wzory Pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji przeprowadzamy za pomocą polarymetru. Kąt skręcenia płaszczyzny drgań fali α jest zależny od stężenia roztworu c oraz od drogi l, jaką musi przebyć światło. Opisujemy to wzorem: Gdzie: α = γ c l γ- oznacza właściwą zdolność skręcającą roztworu, zależną od właściwości substancji aktywnej optycznie c- to stężenie badanego roztworu l- długość drogi, którą pokonuje fala świetlna w roztworze Jako kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji rozumiemy różnicę pomiędzy położeniem analizatora dla roztworu badanego, oraz dla czystego rozpuszczalnika (w naszym ćwiczeniu wody), więc Gdzie indeks : α = α r α o r- opisuje roztwór badany o- opisuje rozpuszczalnik (w tym ćwiczeniu wodę) Wykonując pomiary dla roztworów sacharozy badamy glukozę i fruktozę, należy pamiętać, że badany roztwór glukozy skręca płaszczyznę światła spolaryzowanego w prawo, natomiast badany roztwór fruktozy skręca płaszczyznę światła spolaryzowanego w lewo. Aby określić kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji dla roztworów fruktozy, należy od otrzymanej wartości α odjąć (ponieważ badany roztwór fruktozy skręca płaszczyznę światła spolaryzowanego w lewo), otrzymane wartości powinny być kątami ujemnymi

3 III. Przebieg ćwiczenia 1. Zapoznać się z konstrukcją polarymetru, zasadami pomiaru oraz z układem regulacyjnym. 2. Włączyć polarymetr 3. Nalać do rurki polarymetrycznej (kuwety) wodę destylowaną, wstawić kuwetę do przyrządu pomiędzy polaryzator i analizator a następnie ustalić położenie zerowe polarymetru. Położenia tego poszukujemy obracając gałkę analizatora umieszczoną obok lunety (oświetlenie obu pól widzenia w lunecie jest wtedy jednakowe). 4. Zapisać położenie zerowe polarymetru. 5. Napełnić kuwetę roztworem substancji optycznie aktywnej o znanym stężeniu i po wstawieniu go do polarymetru obserwować zmianę oświetlenia. 6. Pokręcając gałką analizatora odszukać położenie zapewniające jednakowe oświetlenie pól. Odczytać kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła. 7. Czynności wskazane w w/w punktach wykonać kolejno dla wszystkich przygotowanych roztworów o znanych coraz wyższych stężeniach oraz dla jednego nieznanego stężenia tej substancji. 8. Pomiary powtórzyć dla innej substancji. 9. Wyniki pomiarów umieścić w tabeli pomiarowej

4 IV. Wykonanie ćwiczenia i napisanie sprawozdania 1. Zmierzyć długość rurki polarymetrycznej, ( l- długość drogi, którą pokonuje fala świetlna w roztworze), wielkość ta jest potrzebna do obliczenia skręcalności właściwej roztworów glukozy i fruktozy 2. Wykonać pomiary za pomocą polarymetru dla glukozy i fruktozy: Nazwa substancji Stężenie [g/cm 3 ] woda 0 destylowana Glukoza 0,05 Glukoza 0,1 Glukoza 0,15 Glukoza 0,2 Glukoza X Fruktoza 0,05 Fruktoza 0,1 Fruktoza 0,15 Fruktoza 0,2 Fruktoza X pierwszy pomiar α[ 0 ] drugi pomiar α[ o ] trzeci pomiar α[ o ] wartość średnia α[ o ] 3. UWAGA!!! Glukoza skręca płaszczyznę światła spolaryzowanego w prawo, natomiast fruktoza w lewo 4. Na podstawie wyników pomiarów należy sporządzić wykres zależności kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji od stężenia α= f(c). Wykres należy wykonać ręcznie, na papierze milimetrowym Przykładowy wykres ,05 0,1 0,15 0,2 c [g/cm 3 ] 5. Na podstawie wykresu wyznaczyć nieznane stężenie roztworu glukozy i fruktozy

5 6. Obliczyć skręcalność właściwą roztworów glukozy i fruktozy dla każdego stężenia: Przekształcając wzór opisujący kąt skręcenia płaszczyzny drgań fali α, można wyznaczyć skręcalność właściwą badanego roztworu γ = α c l UWAGA!!! Przed przystąpieniem do obliczeń, należy wszystkie jednostki zamienić na podstawowe układu SI Dla wszystkich stężeń należy wykonać obliczenia skręcalności właściwej, wyniki umieścić w tabeli (w miejsce symbolu x należy wpisać wartość stężenia roztworu odczytaną z wcześniej wykonanego wykresu) Rodzaj substancji Glukoza 0,05 0,10 0,15 0,20 X Fruktoza 0,05 0,10 0,15 0,20 X C [g/cm 3 ] C[ kg/m 3 ] γ [ 0 m 2 /kg] Wartość średnia γ dla wszystkich stężeń γ [ 0 m 2 /kg] 7. Obliczyć błąd bezwzględny i względny skręcalności właściwej dla czterech znanych stężeń glukozy, obliczone wartości umieścić w tabeli: Przedstawić (za pomocą symboli) wzory, umożliwiające obliczenie w/w błędów Błąd bezwzględny obliczam ze wzoru: Błąd względny obliczam ze wzoru: Dane umieszczam w tabeli: Stężenie glukozy [jednostka] 1. 0,05 2.0,10 3.0,20 4.X Błąd bezwzględny [jednostka] Błąd względny [jednostka] 8. Otrzymane średnie wyniki skręcalności właściwej roztworów glukozy i fruktozy porównać z wartościami tablicowymi Rodzaj substancji Wynik pomiaru γ [ 0 m 2 /kg] Wartość tablicowa γ [ 0 m 2 /kg] glukoza fruktoza 9. Wyciągnąć wnioski

6