Dextrose onder een polarisatiemicroscoop

Datum: Mei 2010

Principe:

Polarisatie van glucose kristallen zichtbaar maken

Materiaal:

  • polarisatiemicroscoop
  • dextrose (= glucose)
  • objectglaasjes
  • demi water

Experimentele opstelling:

  • Los wat dextrose op in demi water
  • Plaats een druppel op een objectglaasje
  • Laat het water verdampen (evt. met voorzichtig opwarmen op bv. een koffiewarmhoudplaatje)
  • Bekijk het resultaat onder een polarisatiemicroscoop.

Resultaten:

De resultaten zijn weergegeven in onderstaande foto's:

Discussie en conclusie:

De kleurenpracht die we waarnemen onder de polarisatiemicroscoop heeft te maken met de "optische activiteit" van sucrose, hetgeen iedereen die organische chemie gehad heeft bekend in de oren moet klinken.

Licht is een elektromagnetisch golfverschijnsel waarbij de trillingsrichting loodrecht op de voortplantingsrichting staat. Een elektrische en een magnetische vector trillen daarbij loodrecht t.o.v. elkaar. In een 'normale' lichtbundel zijn tegelijkertijd alle trillingrichtingen aanwezig. Onder gepolariseerd licht verstaan we licht, waarbij in de bundel slechts een trillingsrichting aanwezig is. Gepolariseerd licht maakt je door een lichtbundel als het ware te filteren waardoor er nog slechts een enkele trillingsrichting overblijft. Door licht door een calciumcarbonaat kristal te laten vallen krijgt men licht met nog slechts twee trillingsrichtingen die loodrecht op elkaar staan.  Door nu van de eigenschappen van twee van zulke kristallen gebruik te maken kunnen we licht uitdoven (2 polaroid filters onder een rechte hoek op elkaar gelegd) of maximaliseren. Door nu de het tweede kristal te voorzien van een draaimechanisme met afleesmogelijkheid maken we een polarimeter, die ons in staat stelt om de draaiingshoek te bepalen. Schematisch weergegeven in onderstaande figuur.
De Fransman Jean Baptiste Biot (1774-1862) stelde in 1815 vast dat als men bv een suikeroplossing in een polarimeter plaatste er een verandering in de draaiingshoek waargenomen kon worden. Stoffen die dit verschijnsel vertonen noemt men optisch actief. Uit onderzoek is gebleken dat deze optische activiteit zich vrij willekeurig bij de ene stof uit in een draaiing van het trillingsvlak naar de ene kant en bij een andere stof naar de andere kant. Men spreekt van linksdraaiende (l = laevus = links) en rechtsdraaiiende (r = dexter = rechts) stoffen. Nu blijken er altijd paren optisch actieve stoffen te bestaan die weliswaar dezelfde molecuul- en structuurformule hebben alsmede dezelfde draaiingshoek maar waarvan de ene rechtsdraaiend is en de andere linksdraaiend. Deze stoffen zijn dus chemisch identiek maar optisch verschillend, men spreekt dan van optische antipoden of optische isomeren. De verklaring voor de verschillen is vastgesteld door Louis Pasteur (1822-1895) in 1845 tijdens zijn onderzoek van een dubbelzout van wijnsteenzuur. Onder de microscoop stelde hij vast dat de kristallen van de isomeren elkaars spiegelbeeld waren, de kristallen waren dus asymmetrisch van bouw. Een mooi molecuul  om deze eigenschap te illustreren is melkzuur.

       CH3
       |
H – *C – OH
       |
       COOH

     melkzuur
Deze links of rechts draaiing van het licht gebeurt bij ALLE stoffen met een centraal atoom met 4 verschillende groepen. Moleculen kunnen ook meerder van deze spiegelcentra bevatten. 
Dextrose ( druivensuiker ), draait het licht naar rechts.
Fructose draait het licht naar links (onder een grotere hoek dan dextrose).

In bovenstaande verhaal hebben we het principe uitgelegd, wat we daar niet echt verklaard hebben is waar de kleurenpracht vandaan komt. Een groot verschil is dat we onder de polarisatiemicroscoop naar kristallen kijken en niet naar een homogene oplossing. De dikte van het kristal, de golflengte van het licht maar vooral het verschil in brekingsindex tussen de lange en de korte as van een kristal gaan nu een rol spelen. Het verschil in brekingsindex bepaalt de dubbelbreking (licht wordt in twee kleuren gebroken). De golflengte van het licht bepaalt echter de grootte van de dubbelbreking. Hoe korter de golflengte van het licht, hoe groter het effect. Bij het gebruik van wit licht als bron voor de polarisatiemicroscoop is het dubbelbrekende effect en dus de intensiteit van het uittredende licht voor elke kleur (golflengte) anders. De dikte van het kristal speelt ook een rol aangezien een kristal met een zekere dikte een bepaalde kleur buiten de uitdovingsrichtingen geeft, terwijl een kristal met een niet constante dikte een variërend kleurenpatroon oplevert. Tijdens het uitkristalliseren ontstaan er ook veel kleine kristallen die op elkaar groeien, ieder met hun eigen oriëntatie en daardoor een eigen ellips van doorsnede. Al deze factoren tesamen bepalen de kleurenpracht die men kan waarnemen.

Literatuur:

  • C. van Duijn Jr.; 'Inleiding tot de Mikroskopische Techniek'; Kluwer; 1950; p. 20-23,61-120.
  • R.J. Flink; 'Fysische Optica'; Nijgh & Van Ditmar; 1992; 1ste druk; ISBN 9023606728; p. 82-110.
  • R.J. Flink; 'Microscopie'; Nijgh & Van Ditmar; 1992; 1ste druk; ISBN 902360671x; p. 72-76.
  • Drs. W.J. De Jong; "Inleiding tot de Koolstofchemie"; Wolters-Noordhoff; 1970; p. 271-282.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Opmerkingen:

  • Sucrose (glucose) heb ik indertijd gekocht bij "De Tuinen".
  • Mijn polarisatiemicroscoop heb ik indertijd gekocht via Marktplaats.

Achtergrondinformatie:

Dextrose

Dextrose (C6H12O6) is de een enkelvoudige suiker en wordt  ook 'druivensuiker‘ of  'glucose‘ genoemd.  Deze suiker is een fotosynthese product bij groene planten en wordt gevormd uit CO2 en zonlicht. Dextrose is een in de natuur voorkomende zoetstof, die men kan vinden in bv zoete vruchten zoals druiven en honing. Dextrose kan uit zetmeel gewonnen worden door het  met behulp van enzymen in afzonderlijke bouwstenen te splitsen.

De kwaliteit van glucose kan men meten door de polarisatiehoek te meten m.b.v. een polarimeter.

09/05/2010