પ્રકાશક્રિયાશીલતા : એક અથવા વધુ અસમમિત (asymmetric) કાર્બન પરમાણુઓ ધરાવતા અણુઓ (સંયોજનો) દ્વારા તેમના ઉપર પડતા ધ્રુવીભૂત (polarised) પ્રકાશના આંદોલનતલની દિશાને ડાબી અથવા જમણી તરફ ઘુમાવવાનો ગુણધર્મ. આ ગુણધર્મ દર્શાવવા માટે આપેલો અણુ તેના આરસી-પ્રતિબિંબ (mirror image) ઉપર અધ્યારોપ્ય (superimposable) ન હોય તે આવશ્યક છે. પ્રકાશક્રિયાશીલ સંયોજન અને તેના પ્રતિબિંબને એકબીજાના પ્રકાશ-સમઘટક અથવા પ્રતિબિંબી (enantiomers) કહે છે. પ્રતિબિંબીઓ માત્ર તેમની ભૌમિતિક રચનાથી જ જુદાં પડે છે, જ્યારે તેમના રાસાયણિક તથા ભૌતિક ગુણધર્મો એકસમાન હોય છે. આપેલા અણુનાં વામ-ભ્રમણીય તથા દક્ષિણ-ભ્રમણીય સ્વરૂપો માત્ર તેઓની પ્રકાશક્રિયાશીલતાના આધારે અથવા તેઓની બીજા અસમમિત અણુઓ સાથેની પ્રક્રિયા દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. પ્રકાશક્રિયાશીલતાનો ગુણધર્મ આણ્વિક (molecular) ભૂમિતિનાં અન્ય પાસાં તથા મિશ્રણમાં કયો પ્રતિબિંબી સમઘટક કેટલા પ્રમાણમાં છે તે નક્કી કરવા વાપરી શકાય છે.
પ્રકાશક્રિયાશીલ સમઘટકોના ઉદાહરણ તરીકે ટાર્ટરિક ઍસિડ લઈએ જે તેના સાંશ્લેષિક (synthetic) સમઘટકોમાંથી સૌપ્રથમ જુદો પાડવામાં આવેલ. ટાર્ટરિક ઍસિડના કરોડો અણુઓમાંથી સ્ફટિક બનતા હોઈ તેના પ્રત્યેક સમઘટકની અસમમિતિ આવર્ધિત (magnified) થાય છે. આમ બે પ્રકારના અસમમિત સ્ફટિકો બનતા જણાયા છે.
પ્રકાશક્રિયાશીલતાનો ભૌતિક પાયો વામ વિરુદ્ધ વામેતર (દક્ષિણ) વૃત્તધ્રુવિત (circularly polarised) પ્રકાશ સાથે અસમમિત પદાર્થો દ્વારા થતી વિભેદનકારી (differential) પારસ્પરિક ક્રિયા (interaction) છે. તળ-ધ્રુવીભૂત (plane polarised) પ્રકાશના તરંગને બે પ્રકારના વૃત્તધ્રુવિત પ્રકાશનો બનેલો માની શકાય. એક પ્રકાર વામભ્રમણીય વૃત્તધ્રુવિત તથા બીજો પ્રકાર દક્ષિણભ્રમણીય વૃત્તધ્રુવિત પ્રકાશ ગણી શકાય. જો ઘન પદાર્થો તથા પ્રબળ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રહેલા પદાર્થોને બાકાત રાખીએ તો, પ્રકાશક્રિયાશીલતા એ આણ્વિક રચનાનો અંતર્હિત (intrinsic) ગુણધર્મ છે, અને કોઈ એક નમૂનામાંના યાચ્છિક અભિવિન્યાસ(random orientation)વાળા અણુઓ અંગેની માહિતી મેળવવાની એક ઉત્કૃષ્ટ રીત છે.
ટાર્ટરિક ઍસિડના પ્રતિબિંબીઓ
પ્રકાશક્રિયાશીલતા અને આણ્વિક રચના વચ્ચેનો સંબંધ અણુઓમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રૉનની ધ્રુવીભૂત પ્રકાશ સાથેની આંતરપ્રક્રિયા દ્વારા ઉદભવે છે. આથી જે આણ્વિક સમૂહો તેમાંના ચલનશીલ ઇલેક્ટ્રૉનની પ્રકાશ સાથે વધુ આંતરપ્રક્રિયા કરી શકે તે પ્રકાશક્રિયાશીલતા માટે વધુ ફાળો આપશે. આવા સમૂહોને ક્રોમોફોર–વર્ણમૂલકો – કહે છે, કારણ કે પદાર્થમાં તેમની હાજરીથી પ્રકાશનું શોષણ થઈ તે પદાર્થને રંગીન બનાવે છે. દા.ત., છોડના લીલા રંગ માટે જવાબદાર ક્રોમોફોર ક્લૉરોફિલ છે.
પ્રકાશક્રિયાશીલતાની પરિમાપન રીતો : પ્રકાશક્રિયાશીલતા બે રીતો દ્વારા માપી શકાય : પ્રકાશીય ભ્રમણ (optical rotation) તથા વૃત્તીય દ્વિવર્ણતા (circular dichroism).
પ્રકાશીય ઘૂર્ણન (optical rotation) : આ રીતનો આધાર આપેલા નમૂનામાં દક્ષિણ – તથા વામતરફી વૃત્તીય ધ્રુવીભૂત પ્રકાશના કિરણપુંજનો જુદો જુદો વેગ છે. અહીં વેગને પ્રત્યક્ષ માપવામાં આવતો નથી પરંતુ બંને કિરણપુંજ નમૂના ઉપર એકસાથે પડવા દેવામાં આવે છે એટલે કે સમતલ ધ્રુવિત પ્રકાશ આ નમૂના ઉપર વાપરીએ તેવા જ પ્રકારની ક્રિયા થઈ ગણાય. દક્ષિણ તથા વામતરફી વૃત્તીય ધ્રુવીભૂત પ્રકાશઘટકોને કારણે ધ્રુવીભૂત પ્રકાશના તળ(plane)નું ઘૂર્ણન થશે. આ ઘૂર્ણન તપાસવા માટે પોલેરીમિટર વાપરવામાં આવે છે. પોલેરીમિટરમાં પ્રકાશનો સ્રોત (source), એક સ્થાયી ધ્રુવક નમૂનો મૂકવાનું ખાનું તથા ભ્રમણશીલ ધ્રુવક (polariser) હોય છે. નમૂનો મૂકવાના કોષમાં ફક્ત દ્રાવક લઈ તે બંને પોલેરાઇઝર વચ્ચે મૂકી તેમાંનો એક પોલેરાઇઝર એવી રીતે ફેરવવામાં આવે કે તે પહેલા પોલેરાઇઝરને કાટખૂણે રહે, જેથી પ્રકાશ દેખાતો બંધ થઈ જશે. હવે કોષમાંના દ્રાવકની જગ્યાએ નમૂનાનું દ્રાવણ મૂકી પોલેરાઇઝર એવી રીતે ફેરવવામાં આવે છે કે નમૂનો મૂકવાથી દેખાવા માંડેલો પ્રકાશ છેવટે દેખાતો બંધ થઈ જાય. આમ પોલેરાઇઝર જેટલા અંશ ફેરવ્યો હોય તેટલા અંશનું પ્રકાશીય ઘૂર્ણન (optical rotation) (a) ગણાય. જો ઘૂર્ણનની દિશા જમણી તરફની હોય તો તે માટે + (ધન) અથવા d સંજ્ઞા જ્યારે ડાબી બાજુના ઘૂર્ણન માટે – (ઋણ) અથવા ℓ સંજ્ઞા વપરાય છે. પ્રતિબિંબીઓનું ઘૂર્ણન એકસરખું જ પરંતુ એકબીજાથી વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે. પ્રકાશીય ઘૂર્ણનનું મૂલ્ય પદાર્થ, દ્રાવક, સંકેન્દ્રણ, કોષની પથલંબાઈ, પ્રકાશની તરંગલંબાઈ (λ) તથા તાપમાન ઉપર આધાર રાખે છે. પ્રમાણિત (standardized) વિશિષ્ટ ઘૂર્ણન (α) નીચેના સમીકરણ મુજબ દર્શાવવામાં આવે છે :
જેમાં T તાપમાન ° સે., λ તરંગલંબાઈ (સામાન્યત: સોડિયમની D રેખા), ℓ પથલંબાઈ ડેસિમીટરમાં તથા C સંકેન્દ્રણ ગ્રામ પ્રતિ મિલિલીટરમાં હોય છે. વિકલ્પે ℓ મોલર દ્રાવણ માટે નીચેનું સમીકરણ વાપરવામાં આવે છે.
જેમાં MΦ એ મોલર ઘૂર્ણન તથા MW અણુભાર છે. બહુલકો માટે પણ થોડા ફેરફાર સાથે આ સમીકરણ વપરાય છે. તરંગલંબાઈ સાથે પ્રકાશીય ઘૂર્ણનનો ફેરફાર પ્રકાશીય ઘૂર્ણનની વિખેરણ (optical rotatory dispersion –ORD) તરીકે ઓળખાય છે.
વૃત્તીય દ્વિવર્ણતાની રીત : વામ તથા દક્ષિણ વૃત્તધ્રુવિત પ્રકાશ વચ્ચેના અવશોષણના તફાવતને વૃત્તીય દ્વિવર્ણતા (CD) કહે છે. આ તફાવત એટલો સૂક્ષ્મ હોય છે કે તેના ચોક્કસ નિર્ધારણ માટે વિશિષ્ટ ટેકનીક(તકનીકી)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. વૃત્તીય દ્વિવર્ણતાનું પરિમાપન ફોટોઇલેક્ટ્રિક સ્પેક્ટ્રોપોલેરીમિટર વડે કરવામાં આવે છે.
પ્રકાશઘૂર્ણન તથા વૃત્તીય દ્વિવર્ણતા એ ધ્રુવીભૂત પ્રકાશ તથા અણુઓ વચ્ચે થતી આંતરપ્રક્રિયાની બે જુદી જુદી અભિવ્યક્તિ છે. આ બંને ઘટના(phenomena)ને એકબીજા સાથે ગણિતીય રીતે જોડી શકાય છે, પરંતુ આ બંને માપન વચ્ચેનો અગત્યનો તફાવત તેઓ તરંગલંબાઈ સાથે જે રીતે બદલાય છે તેને ગણાવી શકાય. રંગવિહીન સંયોજનો (સોડિયમ) D-રેખાએ નોંધપાત્ર પ્રકાશીય ધ્રુવણ ધરાવી શકે છે. પરંતુ પ્રકાશનું શોષણ કરતા બધા સમૂહો(ક્રોમોફોર)નું સઘળી તરંગલંબાઈએ પ્રદાન હોય છે અને તેથી કોઈ એક સમૂહનું પ્રદાન તારવવું અઘરું હોય છે. આના મુકાબલે વૃત્તીય દ્વિવર્ણતા માત્ર દરેક ક્રોમોફોરના સાંકડા શોષણ-પટ્ટ સાથે જ સંકળાયેલ રહે છે જેને પરિણામે પ્રત્યેક ક્રોમોફોરનું ચોક્કસ પ્રદાન શોધવું શક્ય બને છે. આ માહિતી બંધારણીય રચનાઓ સમજવા ખૂબ જરૂરી બને છે.
જ. પો. ત્રિવેદી