「旋光」の版間の差分

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m (r2.7.1) (ロボットによる 追加: ca:Activitat òptica)
旋光度を測る際、光源と偏光子、計測対象である物質を容れる資料セルに検光子そして'''旋光計'''(polarimeter)が用いられる。波でもある光はあらゆる方向に振動しているのでそのまま旋光計に通してもどのくらい傾いたのか、いやそもそも旋光が起こったのかどうかもはっきりしない。光を偏光子(フィルター)に当てると特定の面内に振動している光のみが通り、他は遮断される。この光を平面偏光と呼ぶが、光学活性体の入った資料セルに辿り着くと平面偏光はまるで横から力を加えられたように回転する。まるで風に当てられてくるくる回る風車の刃のように回転する平面偏光は資料セルを通過したのち検光子にぶつかる。偏光子を通った後も光はあらゆる方向に分散してしまっているが、検光子を通過する光の強度を測定することで旋光度を測量できる。検光子は実はフィルターであり回転している。分光したといっても偏光子の指定する面と繋がる面の強度が最も強いので、回転しているフィルターを通過した光が最も強度の高かった時の、検光子のどれぐらい傾いていたかを測る<ref>実際には旋光計が測っているのは透過光の強度が最小の時の暗位置である。それに90度加えることで実測旋光度を明らかにする。</ref>ことで光がどの程度回転させられたか解明できる。
==比旋光度==
旋光の由来は[[原子核|核]]や結合に存在する電子の[[電場]]への干渉である。そのため物質の構造に旋光度は影響を受け、事実旋光度は試料セル<ref>実験対象である光学活性物質を溶媒に混ぜて、その混合物に平面偏光を照射して旋光度の測定を行う(もちろん純物質で扱うこともある)。試料セルはその混合物の入れ物であり、偏光子を通った平面偏光以外の光を遮断している。</ref>の長さ_ <math>\,l</math>_ <ref>要するに、試料セル内での光の進行経路の距離</ref>と溶媒とその濃度_ <math>\,c</math>、入射光<ref>旋光度の測定実験において、光源の発した光は偏光子を通ってから試料セルに入射するので試料セルを通ろうとする平面偏光を入射光とも言える。</ref>の波長_ <math>\,\lambda </math>_ 及び温度_ <math>\,t</math>_ を一定にして物質ごとに測定すると、そのときの''実測旋光度''(observed optical rotation)_ <math>\,\alpha </math>_ は各物質ごとに定められていることが分かる。とはいえ実測旋光度は上で述べ連ねた種種の要素達に依存するため、混乱を避けるために標準の旋光度['''比旋光度'''(specific rotation)]_ <math>[\,\alpha]</math>_ は下のように定義されている。
:<math>\,[\alpha]_\lambda^t=\frac{\alpha}{l \cdot c}</math>
比旋光度の次元は <math>\,\rm deg\,cm^2/g</math> で、単位は(_<math>\,l=0.1\,\,{\rm m}=10\,\,{\rm cm}</math>_なので) <math>\,10^{-1}\,\rm deg\,cm^2/g</math>_ である。実測旋光度は度単位で表すのに対し、比旋光度の単位は長ったらしいので、通常_ <math>[\,\alpha ]</math>_ を無単位で表すことが多い。また、溶解度に関する実際的な理由により_ <math>\,c</math>_ _ <math>100\,\rm mL</math>_ 中の溶質のグラム数で記載している文献もある。その場合、実測旋光度は100倍されている。
 
なお、比旋光度を記述する際には、溶媒の種類と濃度を明記する必要がある。例えば
:<math>\,[\,\alpha]_D^{20}+8.00(c\,1.00,</math>エタノール<math>\,)</math><ref>Dとは、[[ナトリウムランプ|ナトリウム蒸気灯]]の橙色のD発光線(通常、単にD線と呼ばれる)であり、一般に旋光度の測定に用いられる。波長589nm 589 nm</ref>
のように記述する。ところが上に書いたように、試料濃度を表す_ <math>\,c</math>_ <math>\rm \,g/mL</math> ではなく <math>\rm \,g/dL</math> を用いる習慣もあるので、比旋光度の式は
:<math>\,[\alpha]_\lambda^t=\frac{100\alpha}{l \cdot c'}</math>
と表されることもある。このとき_ <math>\,c'</math>_ の単位は_ <math>\rm \,g/dL</math>_ である。試料セルの中身が純液体の場合は試料の密度_<math>\,\rho\,\,\rm g/m^3</math>_を用いて
:<math>\,[\alpha]_\lambda^t=\frac{\alpha}{l \cdot \rho}</math>
で表す。
 
以下に光学活性体の比旋光度 <math>[\,\alpha]_D^{25}</math> を示す。[[ハロアルカン]]は純液状態で、[[カルボン酸]]は水溶液中で測定した値<ref>ボルハルトショアー現代有機化学(第4版)[上](曽根良助 2004年4月発刊)のP193より</ref>。
:<math>\,(-)</math>-<math>\,2</math>-ブロモ[[ブタン]]
:<math>\,-23.1</math>