酒石酸氢钾的比旋光度测定及其光学活性

酒石酸氢钾是酒石酸的酸性钾盐，分子中含两个手性碳原子，具有手性结构，因此表现出独特的光学活性，比旋光度是衡量其光学活性的核心指标。以下从光学活性的结构基础、比旋光度的测定方法、影响因素及应用价值展开系统阐述。

一、酒石酸氢钾光学活性的结构基础

光学活性的本质是分子的手性，即分子与其镜像无法重合的特性，酒石酸氢钾的光学活性源于其分子结构中的手性中心。

1. 手性碳原子与构型

酒石酸的分子结构为HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH，其中两个与羟基（-OH）相连的碳原子均为手性碳原子（连有4个不同的原子或基团：-COOH、-OH、-H、-CH(OH)COOH）。酒石酸存在三种立体异构体：D-酒石酸、L-酒石酸（互为对映体）和内消旋酒石酸（分子内存在对称面，无光学活性）。

酒石酸氢钾由D-酒石酸或L-酒石酸与氢氧化钾部分中和制得，常见的商品化产品为L-酒石酸氢钾，其分子的两个手性碳原子构型均为L型，整体无对称面，因此具有旋光性。

2. 旋光性的表现

当偏振光通过酒石酸氢钾的溶液时，偏振光的振动平面会发生旋转，这一现象即为旋光现象。L-酒石酸氢钾的溶液会使偏振光振动平面向左旋转（左旋），而D-酒石酸氢钾溶液则使偏振光向右旋转（右旋），二者的比旋光度绝对值相等、旋光方向相反。内消旋酒石酸氢钾因分子内旋光性相互抵消，无旋光活性。

二、酒石酸氢钾比旋光度的测定方法

比旋光度是指在一定温度和波长下，1mL含1g旋光性物质的溶液，在1dm（10cm）长的旋光管中测得的旋光度，是物质的固有属性。酒石酸氢钾比旋光度的测定需遵循标准操作流程，确保结果准确可靠。

1. 主要仪器与试剂

仪器：旋光仪（需经标准石英旋光管校准）、分析天平（精度0.0001g）、1dm旋光管、容量瓶（100mL）、移液管等。

试剂：酒石酸氢钾（分析纯，干燥至恒重）、蒸馏水（无旋光性，避免杂质干扰）。

2. 测定步骤

·样品溶液制备

精密称取干燥至恒重的酒石酸氢钾样品约5g（精确至0.0001g），置于100mL容量瓶中，加适量蒸馏水溶解，超声辅助溶解后冷却至室温，用蒸馏水定容至刻度，摇匀，得到浓度约为50mg/mL的样品溶液。

·旋光仪校准

 将旋光管洗净，装入蒸馏水至完全充满（避免气泡残留），置于旋光仪中，设定测定波长为589.3nm（钠光D线）、温度为25℃，测定蒸馏水的旋光度，读数应接近0°，以此校准仪器零点。

·样品旋光度测定

 将样品溶液装入同一旋光管，排除气泡后置于旋光仪中，重复测定3次，记录每次的旋光度读数α，取平均值作为样品的实测旋光度。

3. 结果判定

L-酒石酸氢钾在25℃、钠光D线下的比旋光度理论值，因浓度、溶剂等因素略有差异，实测值需在该范围内，方可判定样品纯度符合要求；若偏离过大，可能存在杂质或外消旋化现象。

三、影响比旋光度测定的关键因素

酒石酸氢钾的比旋光度受温度、浓度、溶剂、波长等因素影响，测定时需严格控制实验条件。

1. 温度

温度变化会影响分子的构象和溶液的黏度，进而改变旋光度。温度升高时，分子运动加快，旋光能力减弱，比旋光度绝对值降低。因此，测定需在恒定温度下进行（通常为20℃或25℃），温度波动需控制在±0.5℃以内。

2. 浓度

低浓度下，酒石酸氢钾分子分散均匀，比旋光度基本稳定；但浓度过高时，分子间可能发生缔合，导致旋光度与浓度不成线性关系，因此需选择合适的浓度范围（一般为5%~10%）。

3. 溶剂

溶剂的极性会影响分子的解离程度和构象。酒石酸氢钾在水中解离为酒石酸氢根离子和钾离子，其旋光性与离子态构象相关；若改用甲醇、乙醇等有机溶剂，解离程度降低，比旋光度会发生显著变化。因此，测定需明确标注溶剂类型（通常为水）。

4. 波长

比旋光度与入射光波长相关，这一现象称为旋光色散。通常选用钠光D线（589.3nm）作为测定波长，该波长下旋光性稳定，且旋光仪的检测灵敏度高；若改用紫外光或可见光其他波长，比旋光度数值会改变。

四、酒石酸氢钾光学活性的应用价值

1. 纯度与构型鉴定

比旋光度是酒石酸氢钾的特征物理常数，可用于鉴别其构型（L型或D型）和判定纯度。若样品中混入内消旋酒石酸氢钾或其他无旋光杂质，会导致实测比旋光度绝对值降低，据此可计算样品的光学纯度：

光学纯度（%）=实测比旋光度/理论比旋光度×100%

2. 食品工业中的应用

酒石酸氢钾是食品添加剂（膨松剂、酸度调节剂），常用于烘焙食品、葡萄酒酿造等领域。其光学活性可作为天然来源的标志（人工合成的外消旋体无旋光性），区分天然与合成产品，满足清洁标签的需求。

3. 手性拆分试剂

利用酒石酸氢钾的手性特性，可作为手性拆分剂，分离其他手性化合物（如氨基酸、生物碱）的对映体，在医药、农药合成中具有重要应用。

五、注意事项

1. 样品需充分干燥，水分会稀释溶液浓度，导致旋光度测定值偏低。

2. 旋光管内不得有气泡，气泡会散射偏振光，造成读数误差。

3. 测定完成后，需及时清洗旋光管，避免样品残留影响后续测定。

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