Поляриметрия - это оптический метод исследования, основанный на способности оптически активных соединений вращать плоскость колебания линейно поляризованного света (см. Изомерия).

Атомы и молекулы светящихся тел излучают электромагнитные волны. При полной неупорядоченности в расположении этих частиц тела испускают так называемый естественный свет, в котором колебание векторов напряженности электрического (или магнитного) поля происходит во всех плоскостях, проходящих через направление распространения световой волны. Упорядоченность в направлении колебаний полей называется поляризацией света. Такой свет, в котором колебания напряженности электрических (магнитных) полей происходят в одной плоскости, называется плоско поляризованным светом, а плоскость, в которой колеблется напряженность магнитного поля световых лучей,- плоскостью поляризации. Поляризованный свет можно получить, пропуская естественный свет через поляризующие призмы, изготовляемые из особых кристаллов. К таким кристаллам относятся кристаллы исландского шпата, из которых обычно и готовят поляризующие призмы (призмы Николя). При прохождении поляризованного света через раствор оптически активного вещества происходит вращение плоскости поляризации, но обнаружить его можно только при помощи второй такой же поляризующей призмы (анализатора). Исследование вращения плоскости поляризации используют для изучения строения оптически активных соединений, а также для количественного их определения. Оптическая активность характеризуется величиной удельного вращения [α], т. е. углом поворота плоскости поляризации раствором, содержащим в 1 мл 1 г оптически активного соединения при толщине слоя жидкости в 1 дм.

Удельное вращение рассчитывают по величине вращения раствора данного соединения с известной процентной концентрацией:

[α] = α100/l·C
где α - угол вращения в градусах, C - концентрация в %, l - толщина слоя раствора в дм. Удельное вращение меняется с изменением температуры и длины волны света. Поэтому определение проводят в монохроматическом свете прb определенной температуре. Длина волны и температура помечаются при значениях [а]. Зная из справочных таблиц удельное вращение данного соединения и определив угол вращения раствора этого соединения, легко рассчитать концентрацию:

C = α100/[α]l
Раствор не должен содержать других оптически активных соединений.

Для определения вращения плоскости поляризации применяют оптические приборы-поляриметры. Поляриметр (рис. 1) состоит из двух поляризующих призм: неподвижной - поляризатора и вращаемой - анализатора и трубки с исследуемым раствором. Угол поворота можно определить, устанавливая анализатор на равную освещенность всего поля зрения сначала без раствора, а затем с раствором оптически активного соединения. При этом анализатор надо повернуть на угол, равный углу вращения плоскости поляризации исследуемого раствора. Угол вращения отсчитывают по кругу с делениями (лимбу). Если после установки трубки с раствором а анализатор вращают по часовой стрелке, то говорят о правом (+), если против часовой стрелки - о левом (-) вращении. Для повышения точности поляриметры снабжены дополнительными деталями из кварца. В некоторых поляриметрах выравнивание освещенности после установки раствора и отсчет концентрации оптически активного вещества производится посредством линейного перемещения кварцевого клина. Точность обычных поляриметров 0,05°. Для получения монохроматического света обычно пользуются светофильтрами. Метод поляриметрии широко используется в лабораториях; в клинических лабораториях и лабораториях пищевой промышленности методом поляриметрии пользуются для определения содержания сахаров. Поляриметры, применяемые для определения содержания тростникового сахара, называются сахариметрами (рис. 2).

Рис. 1. Схемы поляриметров различных типов: а - система с двумя пластинками из бикварца; б - полутеневая с николем; в - полутеневая с двумя николями. 1 - поляризатор; 1" и 1" - николи; 2 - пластинка бикварца; 3 - трубка с раствором; 4 - анализатор (справа - схемы освещенности полей поляриметров).

Рис. 2. Клиновой поляриметр-сахариметр СОК (схема): 1 - осветитель; 2 - светофильтр; 3 - диафрагма; 4 - линза; 5 - николь; 6-трубка для исследуемого раствора; 7 - неподвижный кварцевый клин; 8 - подвижный кварцевый клин; 9 - анализатор; 10-окуляр; 11 - крышка; 12 - винт; 13 - лупа.

Оптической активностью, способностью вращать плоскость поляризации поляризованного луча света, обладают оптически активные вещества. Оптическая активность соединений обусловлена хиральностью их молекул и отсутствием элементов симметрии.

В зависимости от природы оптически активного соединения вращение плоскости поляризации может быть различным по направлению и углу вращения. Если плоскость поляризации вращается по часовой стрелке, направление вращения обозначают знаком «+», если против часовой стрелки - знаком «-». В первом случае вещество называют правовращающим, а во втором - ле-вовращающим. Величину отклонения плоскости поляризации от начального положения, выраженную в угловых градусах, называют углом вращения и обозначают греческой буквой а.

Угол вращения зависит от природы и толщины оптически активного вещества, температуры, природы растворителя и длины волны света.

Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации света вычисляют удельное вращение [a]D>. .УЭеяьное вращение - это константа оптически активного вещества, вращение плоскости поляризации монохроматического света, вызванное слоем оптически активного вещества толщиной 1 дм при пересчете на содержание 1 г вещества в 1 мл объема:

где а - измеряемый угол вращения, град; D - длина волны монохроматического света; t - температура, при которой проводилось измерение; / - толщина слоя, дм; С -концентрация раствора, выраженная в граммах вещества на 100 мл раствора.

Обычно определение удельного вращения проводят при 20 °С и длине волны, соответствующей D-линии натрия (À, = 589,3 нм).

Для жидких веществ удельное вращение

где d - плотность жидкого вещества, г/мл.

Часто вместо удельного вращения рассчитывают молярное ера-ù^Hèe (по следующей формуле:

к 100 " где M - молекулярная масса.

Измерение угла вращения производят с помощью иоляримеяг-рое (рис. 1.101), которые позволяют получать результаты с точностью ±0,02°.

Принцип работы поляриметра заключается в следующем: испускаемый от источника - натриевой лампы 1 - луч рассеянного света проходит через поляризатор 3 (призмы Николя) и превращается в плоскополяризованный. Этот луч отличается от естественного тем, что колебания векторов электромагнитного поля происходят в одной плоскости, называемой плоскостью поляри

Рис. 1.101. Поляриметр:

1 - источник света; 2 - дихроматический фильтр; 3 - поляризующие призмы Николя (поляризатор); 4 - кювета с раствором вещества; 5 - анализирующая призма Николя (анализатор); 6 - шкала; 7 - окуляр; 8 - рукоятка управления анализатором

зации. На пути поляризованного луча помещают кювету с оптически активным веществом 4, способным вращать плоскость поляризации влево или вправо на определенный угол. Для того чтобы измерить угол поворота а, вмонтирована еще одна призма Николя - анализатор 5. Путем вращения его вправо или влево добиваются полного гашения проходящего луча света. Угол, на который был при этом повернут анализатор, представляет собой наблюдаемое оптическое вращение. Значение угла фиксируют по шкале 6.

Методика измерения. Сначала устанавливают нулевое положение призм. Для этого в прибор помещают пустую кювету 4, если исследуют чистое жидкое вещество, или трубку, наполненную растворителем. Перед прибором устанавливают электрическую лампочку 1, если прибор имеет вмонтированный желтый светофильтр. Затем приводят призмы анализатора в положение, при котором оба поля зрения имеют равное освещение. Повторяют это три раза и из полученных показаний берут среднее значение, которое и принимают за нулевое положение призм. После этого помещают трубку с исследуемым раствором или жидкостью и, как было указано выше, снимают показания поляриметра.

Приготовление раствора. Тщательно взвешенный образец массой 0,1-0,5 г растворяют в мерной колбе в 25 мл растворителя. Обычно в качестве растворителей используют воду, этанол, хлороформ. Раствор должен быть прозрачным, не содержать нерастворимых взвешенных частичек и, по возможности, бесцветным. Если получен непрозрачный раствор, его следует обязательно профильтровать через бумажный фильтр, первую порцию фильтрата отбросить, а второй заполнить поляриметрическую трубку и приступить к определению.

Заполнение поляриметрической трубки. Один конец поляриметрической кюветы 4 (рис. 1.101) завинчивают с помощью насадки. Трубку ставят вертикально и заполняют раствором до тех пор, пока над верхним концом трубки не образуется круглый мениск. На конец трубки надвигают стеклянную пластинку так, чтобы в трубке не оставалось пузырьков воздуха, а затем навинчивают латунную насадку.

внимание/ Между стеклянной иластинкой и латунной насадкой кладут резиновую ирокладку. & нельзя иомецать между концом стеклянной трубки и стеклянной ирокладкой, иоскольку будет нарушен контакт «стекло-стекло».

Заполненную раствором поляриметрическую трубку помещают в поляриметр и измеряют вращение, считывая показания шкалы. Проводят не менее трех измерений и полученные данные усредняют. Наблюдаемое вращение вычисляют как разность между полученным и нулевым значениями. Этот результат используют для расчета удельного вращения по одной из приведенных формул. Рассчитанные значения [а]^ сравнивают с литературными данными.

ПРАКТИКУМ

Задание. Определите удельное вращение в воде при 20 °С следующих веществ: глюкозы, Х)-рибозы, Х-аскорбиновой кислоты, арбутина, мальтозы, сахарозы, гликогена, ^-аскорбиновой кислоты.

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 Лабораторная работа 3.10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ПОСТОЯННОЙ ВРАЩЕНИЯ И КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА Е.В. Козис, В.И. Рябенков. Цель работы: изучение явления оптической активности. Экспериментальная проверка зависимости вращения плоскости поляризации от длины волны света. Задание: получить зависимость угла поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света от толщины слоя сахарного раствора. Определить концентрацию растворов сахара и удельные постоянные вращения для различных длин волн Подготовка к выполнению лабораторной работы:изучить понятие оптической активности. Ознакомиться с устройством и принципом действия поляриметра. Подготовить ответы на контрольные вопросы. Библиографический список 1. Савельев И.В. Курс общей физики -М.: Наука, 1987, том 2, гл. XIX, Трофимова Т.И. Курс физики М.: Высш. Шк г, раздел 5, гл.22, 196. Контрольные вопросы 1. В чем состоит явление вращения плоскости поляризации? 2. Какие вещества называют оптически активными? Приведите примеры. 3. Каково строение оптически активных веществ? 4. Что называют постоянной вращения и в каких единицах ее измеряют? 5. Что такое удельная постоянная вращения плоскости поляризации? Какова размерность этой величины? 6. Что понимают под концентрацией раствора?

2 7. Каким образом феноменологическая теория Френеля объясняет явление оптической активности? 8. Как вращение плоскости поляризации зависит от длины волны света? 9. Чему равна оптическая разность хода и разность фаз двух циркулярно-поляризованных волн, прошедших через оптически активное вещество? 10. Как можно измерить угол поворота плоскости поляризации с помощью двух поляризаторов? 11. Опишите конструкцию поляриметра. Как им пользоваться? 12. Как в данной работе определяются удельные постоянные вращения для различных длин волн света? Теоретическое введение Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации. Это означает, что при прохождении через такое вещество линейнополяризованного света, направление колебаний светового вектора постепенно изменяется. Оптически активными являются, например, кристаллы кварца и аметиста. Если направить луч света вдоль оптической оси такого кристалла, будет наблюдаться поворот плоскости поляризации. Кроме кристаллов оптическая активность присуща некоторым жидкостям (скипидар, никотин), а также растворам (например, раствор сахара в воде). Для кристаллов и чистых жидкостей угол поворота направления колебаний равен φ = α d, (1) где d - толщина пластинки или слоя жидкости, а α постоянная вращения. Она выражается в радианах на метр или в градусах на миллиметр. Постоянная вращения зависит от длины волны, природы вещества и температуры. Так, у кварца в красной области спектра 15 град мм, в зеленой - 27 град мм, в фиолетовой - 51 град мм. Эти данные показывают, что дисперсия вращательной способности кварца весьма значительна.

3 Интересно, что кварц, как и другие оптически активные вещества, имеют две разновидности правовращающие и левовращающие. Первые поворачивают плоскость колебаний по часовой стрелке, если смотреть навстречу лучу, вторые в противоположном направлении. В растворах угол поворота φ зависит от природы растворенного вещества, от его концентрации и от длины образца, а именно φ = [α]cl. (2) Здесь [α] - удельная постоянная вращения, l - расстояние, пройденное светом в растворе, а C его массовая концентрация m C, (3) V где m масса растворенного активного вещества, а V объем раствора. Удельное вращение зависит от длины волны (в грубом 2 приближении ~) и температуры (зависимость незначительная, для большинства веществ уменьшается примерно на одну тысячную своей величины при повышении температуры на один градус), растворителя. Величина имеет размерность 2 2 рад м кг или град см г. Из соотношения (2) следует, что, измерив угол поворота плоскости поляризации луча, прошедшего через раствор сахара, можно вычислить его концентрацию, если известны и l. Объяснение оптической активности было предложено Френелем. Согласно его теории, вращение плоскости поляризации происходит из-за различия скоростей распространения волн, поляризованных по кругу в разных направлениях. Действительно, линейно-поляризованную волну можно разложить на две волны, в которых векторы E вращаются синхронно в противоположные стороны. Если фазовая скорость одной из волн будет больше другой, то по мере их распространения в оптически активной среде будет нарастать сдвиг по фазе между ними, и направление колебаний результирующего вектора будет поворачиваться.

4 Так как при этом будут различными и показатели преломления, то речь фактически идет о двойном лучепреломлении. Справедливость своих предположений Френель подтвердил экспериментально. Ему удалось пространственно разделить линейно поляризованную волну на две циркулярно-поляризованные волны, пропуская луч света через составную призму из левовращающего и правовращающего кварца. Пусть имеется плоско-поляризованная электромагнитная волна с частотой, распространяющаяся на нас вдоль оси x (вертикальный вектор E на рисунке 1). Её можно представить в виде суммы двух волн с циркулярной поляризацией. Одна из них право-поляризованная, в которой вектор E пр вращается по часовой стрелке, другая лево-поляризованная и E л вращается против часовой стрелки. E л А E φ л φ пр E пр E л А φ л φ E φ пр E пр φ л = φ пр B Рис 1 Рис 2 Как видно из рис. 1, при вращении векторов с одинаковой угловой скоростью их положение в данной точке в любой момент времени будет симметрично относительно оси АВ (φ л = φ пр). При попадании света в оптически-активную среду фазовые скорости «правой» и «левой» волн, а, значит и их показатели преломления n пр и n л, станут различными. Тогда в любой точке внутри этой В

5 среды одна из волн будет отставать по фазе от другой и положение векторов Е л и Е пр уже не будет симметрично относительно оси АВ (рис. 2). В результате, направление колебании вектора Е будет повернуто на некоторый угол φ относительно этой оси. Из рисунка видно, что л пр и (пр л) 2 (все углы берутся по модулю). Разность углов φ пр и φ л является по сути разностью фаз δ рассматриваемых волн, которая определяется, как известно, их оптической разностью хода Δ по формуле 2. Если толщина оптически активного слоя равна l, то Δ= l (n л - n пр) и, следовательно, постоянная вращения равна n, л n пр что полностью соответствует экспериментальным данным. Величина n n для типичных оптически активных веществ состав- л пр ляет Описание аппаратуры и метода измерений Приборы, предназначенные для измерения угла поворота плоскости поляризации света, называются поляриметрами. Для изучения явления оптической активности в данной работе используется поляриметр с четырьмя светодиодами. Схема устройства поляриметра и его внешний вид показаны на рисунках 3 и 4. В качестве источника света используется один из четырех монохроматических светодиодов с известной длиной волны. Свет от источника проходит через неподвижный поляризатор и становится линейно поляризованным (рис. 3). При пустой измерительной камере интенсивность света, видимого через анализатор минимальна для всех цветов, когда указатель находится напротив риски соответствующей углу 360 (0º) (поляризаторы «скрещены»).

6 Источник света Вращающийся поляризатор 270º 360º + Неподвижный поляризатор При помещении в измерительную камеру правовращающего вещества происходит поворот плоскости поляризации по часовой стрелке (если смотреть сверху). В результате, интенсивность наблюдаемого света увеличивается. Чтобы измерить угол пово- Оптическиактивное вещество 90º 180º Рис. 3 Отверстие для наблюдения Точка отсчета Анализатор Измерительная камера Переключатель светодиодов Рис. 4

7 рота надо вращать диск анализатора по часовой стрелке (относительно положения 360) так, чтобы интенсивность света снова стала минимальной. Отсчитываемый против указателя угол обозначим р (р < 360). При этом искомый угол поворота плоскости поляризации будет равен = 360 р. Если поместить в измерительную камеру левовращающее вещество, то для уменьшения интенсивности надо поворачивать анализатор против часовой стрелки. В этом случае угол поворота плоскости поляризации будет = р. Порядок выполнения работы Для выполнения лабораторной работы студентам предоставляется четыре различных оптически активных раствора. Упражнение 1. Измерение угла поворота плоскости поляризации в зависимости от длины образца. 1. Включите питание поляриметра и убедитесь в том, что минимум интенсивности света, прошедшего через анализатор, получается при угле 360º. 2. Снимите с поляриметра диск анализатора и выньте из измерительной камеры цилиндрическую емкость-образец. Влейте в нее 10 мл раствора 1 (при этом длина образца l= 19 мм). 3. Протрите наружные стенки емкости насухо и установите ее в измерительную камеру, следя за тем, чтобы жидкость не попала на стенки измерительной камеры. 4. Поместите на камеру диск анализатора. Внимание! Соблюдайте особую осторожность при снятии и установке на место диска анализатора! 5. Поставьте переключатель светодиодов в положение отвечающее красному цвету. 6. Глядя в анализатор, поворачивайте его так, чтобы яркость выходящего из него света уменьшалась, и установите его в положение соответствующее минимальной яркости. 7. Занесите угол поворота φ (с учетом знака) в таблицу 1.

8 Таблица 1 Номер опыта Объем р-ра, мл l, мм Красный 630 нм Желтый 580 нм φ, град Зеленый 525 нм Синий 468 нм Вместо красного светодиода поочередно включите желтый, зеленый и синий светодиоды. Измерьте в каждом случае угол поворота и запишите результаты (с учетом знака) в таблицу Извлеките емкость из измерительной камеры. Влейте в нее дополнительно 10 мл того же раствора (при этом высота столба жидкости l составит 38 мм.). 10. Снова установите емкость в измерительную камеру, следя за тем, чтобы жидкость не попала на ее стенки. 11. Проделайте измерения углов φ, описанные в пунктах Проведите аналогичные измерения для 40, 60, 80 и 100 мл раствора. Все полученные результаты занесите в таблицу Извлеките емкость и вылейте раствор обратно в сосуд 1. Упражнение 2. Измерение угла поворота плоскости поляризации в зависимости от концентрации раствора. 1. Залейте в емкость-образец 100 мл раствора 2 и снова установите емкость в измерительную камеру, следя за тем, чтобы жидкость не попала на стенки камеры. 2. Измерьте углы поворота φ для каждого из четырех цветов и занесите результаты (с учетом знака) в таблицу Извлеките емкость и вылейте раствор обратно в сосуд Аналогичным образом проделайте измерения углов для растворов 3 и 4. Закончив опыты, вылейте растворы в соот-

9 ветствующие сосуды. Занесите все результаты в таблицу 2. Данные для р-ра 1 возьмите из первой таблицы. Таблица 2 р-ра l, мм Красного 630 нм Желтый 580 нм, град. Зеленый 525 нм Синий 468 нм Обработка результатов измерений Упражнение На одном листе миллиметровой бумаги построить графики зависимости угла поворота плоскости поляризации от l для всех четырех длин волн. 2. Убедиться в линейной зависимости от l и в том, что все прямые проходят через ноль. Определить угловой коэффициент k для каждой прямой как отношение /l. Согласно формуле (2) этот коэффициент является произведением постоянной вращения для данного цвета на концентрацию раствора 1, т.е. k = [α] C Считая, что для желтого света (λ = 580 нм) удельная постоянная вращения сахарозы известна и равна [α] ж = 6,85 2 град см г, рассчитать [α] кр, [α] з и [α] с, используя очевидное соотношение k k ж. ж 4. Оценить погрешности результатов по формуле k k ж ж, k k ж ж

10 где k l k. l Рекомендуется брать значения углов φ для l = 114 мм. 5. Рассчитать значения Δ[α] и записать окончательные результаты в виде [α] ± Δ[α]. 6. Построить график зависимости удельной постоянной вращения от длины волны света λ и убедиться в том, что она соответствует теории, согласно которой ~. Для этого следует рассчитать теоретические значения [α], полагая постоянную вращения [α] ж сахарозы известной. Упражнение Пользуясь данными таблицы 2 определить концентрацию каждого раствора по формуле C l для всех четырех цветов. 2. Рассчитать среднее значение концентрации каждого раствора. 3. Построить графики зависимости угла поворота плоскости поляризации от концентрации раствора для каждой длины волны. Сравнить полученные результаты с теорией. 2

Лабораторная работа 3.10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ПОСТОЯННОЙ ВРАЩЕНИЯ И КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА Е.В. Козис, В.И. Рябенков Цель работы: изучение явления оптической активности. Экспериментальная проверка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Лабораторная работа 3.12 ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ А.М. Попов Цель работы: изучение вращения плоскости поляризации линейно поляризованного света, распространяющегося в веществе, помещенном в магнитное поле (эффекта

Лабораторная работа 3.12 ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ И.Е. Кузнецова, А.М. Попов. Цель работы: изучение вращения плоскости поляризации линейно поляризованного света, распространяющегося в веществе, помещенном в магнитное

Изучение вращения плоскости поляризации на поляриметре. Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них линейно поляризованного

Лабораторная работа 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОГО МАТЕРИАЛА РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ Е.В. Козис, А.А. Задерновский Цель работы: изучение явления поляризации света на границе раздела двух

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В РАСТВОРЕ Цель работы: изучение принципа работы поляриметра и определение удельного вращения раствора и концентрации глюкозы в растворе. Приборы и принадлежности: поляриметр,

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 85 ЗНАКОМСТВО С РАБОТОЙ САХАРИМЕТРА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНЫХ

Лабораторная работа 16. ИЗУЧЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА В РАСТВОРАХ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ. Цель работы: изучение вращения плоскости поляризации света при прохождении через раствор оптически активного

Лабораторная работа 3.22 ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА. ЗАКОН МАЛЮСА Т.Ю. Любезнова Цель работы: изучение явления поляризации света и свойств линейно-поляризованного света. Задание: проверить

Лабораторная работа 17 Определение угла поворота плоскости поляризации оптически активными средами Цель работы: ознакомиться с явлением оптической активности и определить концентрацию сахара в растворе.

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра физики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.18 ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА Минск 005 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.18

Лабораторная работа 17. ПОЛЯРИЗАЦИЯ. ЗАКОНЫ МАЛЮСА И БРЮСТЕРА. ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ. Цель работы: Проверка законов Малюса и Брюстера. Получение эллиптически поляризованного света из линейно поляризованного

Министерство образования Российской Федерации Томский политехнический университет Кафедра теоретической и экспериментальной физики «УТВЕРЖДАЮ» Декан ЕНМФ И.П. Чернов 1 г. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА Методическое

Министерство образования и науки Российской Федерации Дальневосточный федеральный университет Школа естественных наук ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ Методические указания к лабораторной работе 4.11 по дисциплине «Физический

Поляризация света Лекция 4.3. Поляризация явление выделения линейно поляризованного света из естественного или частично поляризованного. 1. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса Следствием теории

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 17-1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА И ПРОХОЖДЕНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА ЧЕРЕЗ ФАЗОВУЮ ПЛАСТИНКУ Цель работы: проверка закона Малюса и анализ поляризованного света, прошедшего через фазовую

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского Лабораторная работа 15 Изучение сахариметра и определение концентрации сахара в растворе Ярославль 2014 Оглавление 1. Вопросы

Получение и исследование поляризованного света. Цель работы: изучить явление поляризации света. Решаемые задачи: - получить линейно поляризованный свет; - пронаблюдать изменения интенсивности света в зависимости

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Могилевский государственный университет продовольствия» Кафедра физики ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА Методические указания

Лабораторная работа 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОГО МАТЕРИАЛА РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ Е.В. Козис, А.А. Задерновский Цель работы: изучение явления поляризации света на границе

Методические указания к выполнению лабораторной работы 3.2.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА ПРИ ОТРАЖЕНИИ ОТ ТВЕРДЫХ ТЕЛ Степанова Л.Ф. Волновая оптика: Методические указания к выполнению лабораторных

Лабораторная работа 17. Поляризация света. Закон Малюса. Угол Брюстера. Цель работы: Изучение поляризации света при отражении и преломлении: 1. Определение степени поляризации излучения лазера, 2. Проверка

Лабораторная работа 7. Поляризация света. Закон Малюса. Угол Брюстера. Цель работы: Изучение поляризации света при отражении и преломлении:. Определение степени поляризации излучения лазера,. Проверка

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В РАСТВОРЕ Приборы и принадлежности: поляриметр, растворы глюкозы различной концентрации. Цель работы: определение концентрации водного раствора глюкозы поляриметром. 1.

Лабораторная работа 3.08 ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА ДЛЯ ЛИНЕЙНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА В.А. Росляков, А.В. Чайкин Цель работы: Экспериментальная проверка закона Малюса для линейно поляризованного света. Задание:

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА 1. Луч света падает на поверхность воды (n = 1,33). На какой угловой высоте ϕ над горизонтом должно находиться солнце, чтобы поляризация солнечного света, отражённого от поверхности воды,

3 Цель работы: ознакомиться с явлением естественной оптической активности. Задача: определить удельное вращение раствора сахара в воде и концентрацию сахара в водном растворе. Приборы и принадлежности:

010504. Двулучепреломление. Четвертьволновая фазовая пластинка. Цель работы: получение эллиптически поляризованного света из линейно поляризованного с помощью четвертьволновой пластинки и его анализ. Требуемое

) Под каким углом должен падать пучок света из воздуха на поверхность жидкости, чтобы при отражении от дна стеклянного сосуда (n =,5) наполненного водой (n 2 =,33) свет был полностью поляризован. 2) Какова

Занятие Тема: Поляризованный свет Цель: Типы поляризации света Закон Малюса Формулы Френеля для отраженного и преломленного света Коэффициенты отражения и преломления Краткая теория Свет представляет собой

Оптика. Поляризация света Лекция 5-6 Постникова Екатерина Ивановна, доцент кафедры экспериментальной физики 21.10.2015 Поляризация света Световая волна имеет электромагнитную природу. Её представляют как

Работа 3.04 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ Ю.Н.Волгин ЗАДАЧА 1. Исследование искусственной оптической активности (эффекта Фарадея) стекла. Определение постоянной Верде и марки стекла. 2.Исследование естесственной

Лабораторная работа 2.13 ИЗМЕРЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ Е.В. Козис, А.М. Попов Цель работы: определить значение горизонтальной составляющей индукции магнитного

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9 ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА Цель работы: Ознакомление с явлением оптической активности и определение концентрации сахара в растворе. Оборудование: Круговой поляриметр

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Кафедра фармацевтической и токсикологической химии Контроль качества лекарственных средств методом поляриметрии К.В. Ноздрин Москва 2014 г Цель занятия сформировать теоретические

Лабораторная работа 15 ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ Приборы и принадлежности: Поляриметр, источник света (лампа накаливания), растворы глюкозы известной концентрации. Bведение На рис.1 изображена

Лабораторная работа 16 Определение концентрации раствора сахара с помощью сахариметра Цель работы: изучение работы сахариметра и его градуировка. Определение концентрации раствора сахара. Приборы и принадлежности:

Лабораторная работа 9 Изучение вращения плоскости поляризации света Цель работы: Ознакомление с явлением оптической активности и определение концентрации сахара в растворе. Оборудование: Круговой поляриметр

Кафедра экспериментальной физики СПбГПУ Работа 3.02 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА В.И.Сафаров ЗАДАЧА Исследование и преобразование поляризации света с помощью поляризатора и фазовых пластинок. Проверка

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.02. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА Введение В данной работе предстоит исследовать явления, связанные с поляризацией электромагнитных волн. Волной называют процесс распространения

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучение явления поляризации электромагнитных волн (ЭМВ), экспериментальная проверка закона Малюса для плоскополяризованных ЭМВ.. ПОДГОТОВКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ

3 Цель работы: ознакомиться с явлением дисперсии стеклянной призмы. Задача: определить показатель преломления стеклянной призмы для некоторых длин волн линий спектра ртутной лампы. Техника безопасности:

Вариант 1 / КР-5 1. Интенсивность электромагнитной волны, падающей нормально на поверхность тела равна 2.7 мвт/м 2. Давление этой волны на поверхность 12 ппа. Чему равняется коэффициент отражения света.

Лабораторная работа 0 ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАЦИОННОЙ РЕШЕТКИ Приборы и принадлежности: Спектрометр, осветитель, дифракционная решетка с периодом 0,0 мм. Введение Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых

Работа 3.05 Формулы Френеля - Теория ажения О.С. Вавилова Ю.П. Яшин Цель работы: Изучить теорию Френеля для ажения и преломления света на границе двух диэлектриков, исследовать энергетические соотношения

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Рассмотрено и рекомендовано к печати на

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана С.Л. Тимченко, Н. А. Задорожный А.В. Семиколенов, В. Г. Голубев, А.В. Кравцов ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТОВЫХ ВОЛН НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА

Поляризация электромагнитных волн. (по описаниям задач практикума 47 и 4 Из электромагнитной теории света, базирующейся на системе уравнений Максвелла, следует, что световые волны поперечны. Это означает,

5 Волновая оптика Основные формулы и определения Интерференцией света называется сложение когерентных волн, в результате которого происходит перераспределение световой энергии в пространстве, что приводит

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9а ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗОВАНННОГО СВЕТА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА. ЗАКОН МАЛЮСА. УГОЛ БРЮСТЕРА Цель работы:) определить степень поляризации излучения лазера) проверить справедливость закона

Лабораторная работа 16 Исследование поляризации световых волн Теория Рис.6 Рис.63 Все электромагнитные волны поперечны, т.е. взаимно перпендикулярные векторы напряженности электрического E и магнитного

Лабораторная работа 3.06 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ СВЕТА С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ Н.А. Экономов, Козис Е.В Цель работы: изучение явления дифракции световых волн на дифракционной решетке. Задание:

Лабораторная работа 3.07 ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА КАК СПЕКТРАЛЬНЫЙ ПРИБОР Н.А. Экономов, А.М. Попов. Цель работы: экспериментальное определение угловой дисперсии дифракционной решетки и расчёт её максимальной

90 Задание 1. Выберите правильный ответ: ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА 1. Поляризацией света называется свойство света характеризующееся.... а) тем, что световая волна является продольной; б) ориентированностью электрических

`ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.0 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ ПРИ ПОМОЩИ КОЛЕЦ НЬЮТОНА. Цель работы Целью данной работы является изучение явления интерференции света и применения этого явления для измерения

Методические указания к выполнению лабораторной работы 3..6 ИССЛЕДОВАНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА Степанова Л.Ф. Волновая оптика: Методические указания к выполнению лабораторных работ по физике

«Казанский (Приволжский) Федеральный Университет» Институт физики ОТЧЕТ по лабораторной работе 701 Получение и исследование поляризованного света. 2016 Лабораторная работа 701 Получение и исследование

Федеральное агентство по образованию РФ Ухтинский государственный технический университет 53 Изучение естественного вращения плоскости поляризации Методические указания к лабораторной работе для студентов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6 (8) ИЗУЧЕНИЕ ПРОЗРАЧНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЁТКИ Цель работы: Ознакомление с прозрачной дифракционной решёткой определение длин волн красного и зелёного цветов определение дисперсии

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) 53 Изучение естественного

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 49 ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА БРЮСТЕРА Цель работы изучение поляризации лазерного излучения; экспериментальное определение угла Брюстера и показателя преломления стекла.

Работа 27а ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА Цель работы: исследование поляризации света при отражении от диэлектрика, определение угла полной поляризации. Исследование прохождения света через поляроиды. Оборудование:

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 86 ИЗУЧЕНИЕ ДИСПЕРСИИ С ПОМОЩЬЮ ГОНИОМЕТРА Выполнил студент группы Преподаватель

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.06 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЦЕНТНОГО СОДЕРЖАНИЯ САХАРА ПРИ ПОМОЩИ ПОЛУТЕНЕВОГО ПОЛЯРИМЕТРА 1. Цель работы Целью работы является изучение поляризации света и физических основ работы полутеневого

Министерство образования и науки Российской Федерации Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) Кафедра физики ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДВУМЕРНОЙ

2. До включения прибора в сеть установите минимальную чувствительность прибора, вращая ручку «Установка 100» против часовой стрелки до упора.

3. Проверьте соответствие нулевого положения стрелки микроамперметра, при необходимости отрегулируйте его винтом 7 корректора (рис. 3).

4. Введите зеленый поглотитель «3» рукояткой «Поглотители».

5. Включить прибор в сеть.

6. Откройте крышку 1 фотоэлектроколориметра и достаньте кюветодержатель.

7. Извлеките кювету «Растворитель», заполните ее на 2/3 объема водой и установите на место. Установите кюветодержатель в фотоколориметр. Крышку кюветной камеры не закрывайте.

8. Рукояткой 3 «Кюветы» расположите кювету с растворителем на пути светового потока.

9. Установите нуль по шкале микроамперметра рукояткой 5 «Установка 0».

10. Закройте крышку 1 кюветного отделения и рукояткой 4 «Установка 100» установите стрелку микроамперметра на сотое деление.

11. Откройте крышку 1 кюветной камеры и достаньте кюветодержатель. Извлеките пустую кювету, заполните ее на 2/3 объема исследуемым раствором наименьшей концентрации и установите на место.

N в таблицу 1.

14. Откройте крышку 1 кюветной камеры и достаньте кюветодержатель. Извлеките кювету с исследуемым раствором и слейте его в баночку с раствором той же концентрации. Протрите кювету, заполните ее на 2/3 объема следующим раствором и установите на место.

15. Поставьте кюветодержатель в фотоколориметр. Рукояткой 3 «Кюветы» расположите кювету с исследуемым раствором на пути светового потока. Закройте крышку кюветной камеры.

16. Произведите отсчет по шкале микроамперметра 6 и запишите N в таблицу 1.

17. Проделайте пункты 14 – 16 с остальными растворами.

18.Проведите еще две серии опытов по пунктам 14 – 16 со всеми растворами, начиная с раствора наименьшей концентрации. Не забудьте слить последний раствор.

19.Выключите прибор из сети.

Обработка результатов измерений

	1. По значениям				N для всех опытов определите					Используя
формулу (9). Запишите результаты в таблицу 1.
	2. По таблице 2 определите D для всех (см. прим.) и ее сред-
нее значение, результаты занесите в таблицу 1.
										Таблица 2
	Примечание. В первом столбце таблицы даны значения оптиче-
ской плотности			D через 0,1, а в верхней строке помещены ее сотые

доли. На пересечении строки со столбцом приводятся соответствующие значения коэффициента пропускания. При отыскании значений оптической плотности, соответствующих значениям коэффициентов пропускания, меньших 0,081, сначала увеличьте данный коэффициент пропускания в 10 раз, затем найдите значение оптической плотности, соответствующее полученному коэффициенту пропускания, и к этому значению прибавьте единицу.

3. Рассчитайте для всех значений D ее абсолютную погрешность по формуле D | D ср D изм | , найдите среднее значение D ,

результаты занесите в таблицу 1.

Примечание. Если в результате расчета абсолютной погрешности оптической плотности получается нуль, то примите D 0, 01 .

4. По средним значениям оптической плотности D ср для всех

известных концентраций с учетом абсолютной ее погрешности постройте градуировочный график D f (C ) .

5. Отметьте на графике точку, соответствующую среднему значению оптической плотности раствора неизвестной концентрации.

6. Отметьте на графике интервал средней абсолютной погрешности оптической плотности раствора неизвестной концентрации.

7. Определите по графику значение концентрации раствора C х ,

опустив перпендикуляр на соответствующую координатную ось.

8. Определите по графику абсолютную погрешность концентрации раствора (см. пример на стр. 15).

9. Определите относительную погрешность определения концентрации неизвестного раствора по формуле:

Контрольные вопросы

1. Что называется явлением поглощения света веществом?

2. Что такое интенсивность света? В каких единицах она изме-

3. Каким законом описывается явление поглощения света веществом? Сформулируйте его и запишите математически.

4. В чем заключается физический смысл коэффициента поглощения? В каких единицах он измеряется и как обозначается?

5. Что называется коэффициентом пропускания? В каких единицах он измеряется и как обозначается?

6. Что такое оптическая плотность? В каких единицах она измеряется и как обозначается?

7. Сформулируйте и запишите закон Бера.

8. Сформулируйте и запишите закон Бугера-Ламберта.

9. Изобразите оптическую схему фотоэлектроколориметра и расскажите назначение его основных частей.

10. В чем заключается метод определения концентрации вещества в растворе фотоэлектроколориметром.

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРА В РАСТВОРЕ САХАРИМЕТРОМ

Цель работы: изучить общие закономерности поляризации света; ознакомиться с устройством и принципом работы сахариметра; определить концентрацию сахара в растворе и удельную постоянную вращения сахара.

Оборудование : сахариметр, кюветы с растворами сахара.

Основные теоретические сведения

Световое излучение является частью широкого спектра электромагнитных волн. Электромагнитной волной называется переменное магнитное и электрическое поля, взаимно порождающих друг друга и распространяющаяся в пространстве. Из электромагнитной теории света следует, что световые волны поперечны . В каждой точке на линии распространения такой волны, перпендикулярно направлению еѐ

распространения (поперѐк)	совершают колебания две векторные ха-
рактеристики : напряженность		электрического поля				индукция
					E и
магнитного поля B . Векторы E		и B взаимно перпендикулярны между
собой (рис. 1).
Вектор напряженности электрического поля называют световым
			вектором , так как фи-
			зиологическое,
			мическое,		фотоэлектри-
			ческое и другие действия
				вызываются коле-
				человека
Рис. 1. Схема электромагнитной волны			воспринимает
			электрическую

ляющую электромагнитной световой волны.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов источника света. Атомы излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными ко-

Рис. 2. Колебания светового вектора в естественном (а) и поляризованном (б) свете

лебаниями светового вектора. Свет со всевозможными направлениями колебаний светового вектора называется естественным (рис. 2 а ).

Солнце, лампы накаливания, ртутные лампы, лампы дневного света являются источниками естественного света. Свет, в котором направления колебаний светового вектора упорядочены ка- ким-либо образом, называется по-

ляризованным (рис 2 б) . Если ко-

лебания светового вектора происходят только в одной плоскости,

свет называют плоскополяризо-

ванным . Плоскость, в которой происходят колебания светового вектора, называется плоскостью по-

ляризации (рис.3).

Поляризация света происходит при отражении света от поверхности диэлектриков, при преломлении в них, а также при прохождении света через некоторые кристаллы (кварца, турмалина, исландского шпата). Эти вещества, названные поляризаторами (поляроидами ), пропускают колебания, параллельные только одной плоскости (плоскости поляризации), и полностью задерживают колебания, перпендикулярные этой плоскости.

При попадании естественного света на границу диэлектриков (рис. 4) преломленный и отраженные световые волны оказываются частично поляризованными.

Степень поляризации отраженного луча меняется при изменении угла па-

дения. Существует угол

Рис. 3. Поляризованная волна и плоскость поляризации

Рис. 4. Поляризация света при отражении и преломлении

падения, при котором отраженный луч оказывается полностью поляризованным, а преломленный максимально возможно. Этот угол падения называется углом полной поляризации или углом Брюстера α Бр .

Угол Брюстера можно определить по одноименному закону Брюстера : если угол падения равен углу Брюстера, то

отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны, при этом тангенс угла полной поляризации равен отношению абсолютного показателя преломления второй среды к абсолютному показателю преломления первой:

Бр n 1

где n 2 и n 1 – абсолютные показатели преломления второй и первой сред соответственно.

Глаз не отличает естественный свет от поляризованного, поэтому поляризованный свет обнаруживается по явлениям, свойственным только ему. Поляризованный свет можно определить при помощи обычного поляризатора. Поляризаторы, предназначенные для исследования поляризованного света, называются анализаторами, т.е. один и тот же поляроид можно использовать и как поляризатор, и как анализатор.

Поляризация света в поляроидах подчиняется закону Малюса: если естественный свет проходит через два поляризующих прибора, плоскости поляризации которых располагаются друг к другу под углом, то интенсивность света, пропущенного такой системой (рис. 5) будет пропорциональна cos2 , при этом в первом поляризаторе свет теряет половину своей интенсивности:

			I ест cos 2	I 0 cos2 ,

где I – интенсивность поляризованного света, прошедшего поляризатор и анализатор;

I ест – интенсивность естественного света;

I 0 – интенсивность поляризованного света, прошедшего поляризатор; α – угол между плоскостями поляризации анализатора и поляризатора.

Рис 5. Прохождение света через систему поляризатор-анализатор

Если плоскости поляризации анализатора и поляризатора параллельны (=0, 2), то из закона Малюса следует, что через анализатор проходит свет максимально возможной интенсивности. Если плоскости поляризации анализатора и поляризатора перпендикулярны (= /2, 3 /2), то через анализатор свет проходить не будет совсем.

Интенсивность света не имеет точного определения. Этот термин применяют вместо терминов световой поток, яркость, освещенность и др. в тех случаях, когда несущественно их конкретное содержание, а нужно подчеркнуть лишь большую или меньшую их абсолютную величину. В оптике чаще всего интенсивностью света называют мощность излучения через поверхность единичной площади, т. е. энергию излучения, проходящую за единицу времени через поверхность единичной площади. В этом случае единица интенсивности в СИ: =1 Вт/м2 (ватт на квадратный метр ).

При прохождении поляризованного света через некоторые кристаллы (кварц, киноварь и другие), а так же через растворы сахара, мочевины, белков плоскость колебаний поворачивается на некоторый угол. Это явление называется вращением плоскости колебаний поля-

ризованного света . Вещества, вращающие плоскость поляризации,

называются оптически активными.

Для большинства оптически активных кристаллов обнаружено существование двух модификаций, осуществляющих вращение плоскости поляризации по часовой стрелке (правовращающие) и против (левовращающие) для наблюдателя, смотрящего навстречу лучу.

В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине раствора и концентрации оптически активного вещества:

0 l C ,

где о – удельная постоянная вращения; l – толщина раствора;

C – концентрация оптически активного вещества.

Физический смысл удельной постоянной вращения заключается в том, что она показывает, на какой угол поворачивает плоскость поляризации оптически активное вещество единичной концентрации при прохождении светом единичной длины. В общем случае она зависит от температуры раствора и от длины волны проходящего через раствор света.

Единица измерения удельной постоянной вращения в СИ: [φ 0 ]=1

рад/м∙% (радиан на метр-процент).

В производстве широко используется Международная сахарная шкала, в которой 100 S=34,62 º угловым. С учетом этого единица измерения удельной постоянной вращения может быть представлена в виде: [φ 0 ]=1 S /м∙% (градус сахарной шкалы на метр-процент ).

Обоснование метода

Явление вращения плоскости колебаний поляризованного света используется для определения концентрации оптически активного вещества в растворах при помощи приборов, называемых поляриметрами . Поляриметры, шкала которых проградуирована в единицах Международной сахарной шкалы, называются сахариметрами .

Определение концентрации растворов сахара при помощи поляриметров и сахариметров применяется при исследованиях в сельском хозяйстве, в лабораториях химической, пищевой, нефтяной промышленности.

Простейший поляриметр (рис. 6) состоит из двух поляризаторов, источника света и устройства для измерения угловых величин.

Рис. 6. Схема простейшего поляриметра

Поляризаторы перед началом измерений устанавливают таким образом, чтобы их плоскости поляризации были взаимно перпендикулярны. При этом свет через систему поляризатор-анализатор не проходит, и наблюдатель видит темноту. Если между двумя поляризаторами поместить оптически активное вещество, то поле зрения просветляется. Это происходит потому, что активное вещество поворачивает плоскость поляризации света, вышедшего из первого поляризатора на угол φ . В результате, часть света проходит анализатор, и наблюдатель может это заметить. Чтобы снова получить темноту, нужно повернуть анализатор против направления вращения плоскости поляризации на угол равный углу вращения φ. Угол поворота анализатора легко поддаѐтся измерению. Зная удельную постоянную вращения вещества и толщину раствора оптически активного вещества, можно по формуле 3 определить концентрацию раствора.

Часто при измерениях концентрации оптически активных веществ в растворах удельная постоянная вращения неизвестна. В этом случае взяв раствор известной концентрации С изв этого же вещества, определяют поляриметром угол поворота плоскости поляризации этим раствором изв , а удельную постоянную вращения о вычисляют из формулы (3):

	С изв

Для нахождения концентрации неизвестного раствора С х , с помощью поляриметра определяют угол вращения плоскости поляризации света этим раствором х . Используя формулы (3) и (4), при условии равенства толщины растворов l , определяют С х по формуле:

C x C изв

При таком определении концентрации неизвестного раствора, как видно из формулы (5), знание численного значения удельной постоянной вращения и толщины слоя, вращающего плоскость поляризации вещества, необязательно.

Описание установки

В работе для определения удельной постоянной вращения сахара и его концентрации в растворе используется сахариметр универсальный СУ-4. Принципиальная схема сахариметра представлена на рисунке 7.

Рис. 7. Принципиальная схема полутеневого сахариметра

Исследуемое вещество 5 помещается между полутеневым поляризатором, состоящим из двух половин 3 и 4, и анализатором 6. Пропускание анализатора меняется в соответствии с законом Малюса при изменении угла между плоскостью поляризации анализатора 6 и плоскостью поляризации падающего на него света.

Использование полутеневого поляризатора 3 и 4 обусловлено тем, что установка обычного поляризатора на темноту не может быть осуществлена достаточно точно. В полутеневых поляризаторах произ-

Рис. 8. Вид поля зрения в саха- водится установка не на темноту, а риметре с полутеневым поля- на равенство освещенностей двух ризатором половин полей зрения I и II (рис. 8а ). Глаз человека очень чувствителен к нарушениям равенства

освещенностей двух соседних полей (рис. 8 б , в ), поэтому с помощью полутеневого устройства положение плоскости поляризации может быть установлено с гораздо большей точностью, чем путем установки

поляризатора на темноту.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ

И УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ РАСТВОРОВ САХАРОВ

ПРИ ПОМОЩИ УНИВЕРСАЛЬНОГО САХАРИМЕТРА

Одной из методик, применяемых в клинических лабораториях для определения концентрации сахара в прозрачных биологических средах (например, в моче), является сахариметрия. Она представляет собой разновидность метода поляриметрии, который основан на определении оптической активности веществ, то есть на измерении угла поворота плоскости колебаний поляризованного света при его прохождении через оптически активные среды (вещества). К оптически активным средам относятся кварц, различные масла и многие биологически важные соединения (сахара, аминокислоты, белки и т. д.)

Среди оптически активных веществ встречаются D - и L –изомеры. Первые из них вращают плоскость колебаний поляризованного света вправо, а вторые-влево. Направление этого вращения определяется по отношению к наблюдателю, который смотрит навстречу лучу: если поворот плоскости колебаний линейно поляризованного света происходит по часовой стрелке, то вызвавшее его оптически активное вещество является правовращающим; левовращающие вещества поворачивают эту плоскость в противоположном направлении. Следует отметить, что в метаболических процессах, протекающих в организме человека и животных, участвуют только D -сахара и L -аминокислоты.

При постоянной толщине слоя (l ) оптически активного вещества, находящегося на пути поляризованного света, угол поворота плоскости колебаний (φ) прямо пропорционален концентрации (С) этого вещества в растворе: j .gif" width="12" height="23">стократному углу поворота плоскости колебаний линейно поляризованного света 1% раствором оптически активного вещества толщиной 1 дм, Размерность удельного вращения: град ∙ см3 ∙ г-1 ∙ дм-1.

Удельное вращение зависит, прежде всего, от природы вещества (от особенностей его молекулярной структуры), а также от температуры раствора и длины волны поляризованного света. Так, при пропускании через раствор D -глюкозы, имеющий температуру 20˚C , желтого света (λ=589,4 нм) стократный угол поворота плоскости колебаний этим веществом (при толщине его слоя 1 дм) составляет 52,8 град. В тех же условиях у L − глюкозы [αо]=–51,4 градּсм3ּг-1ּдм-1. Следовательно, стереоизомеры глюкозы различаются не только противоположным направлением вращения плоскости колебаний, но и различной величиной удельного вращения: [αо]D ≠ [αо]L .

Оптическая схема простейшего сахариметра (поляриметра) представлена на рис.1. Она включает кварцевую пластинку, благодаря чему сахариметр относится к группе полутеневых поляриметров. В таких приборах измерение сводится к визуальному уравниванию яркостей различных частей поля зрения и последующему считыванию показаний по шкале вращений, снабженной нониусом (вспомогательной шкалой, при помощи которой отсчитываются доли делений основной шкалы поляриметра). Такая визуальная регистрация, основанная на способности человека хорошо различать световой контраст, обладает довольно высокой чувствительностью, вполне достаточной для медицинских целей.

Согласно оптической схемы поляриметра световой поток, идущий от (Л ) через светофильтр (СФ ) и объектив (Об ) проходит через поляризатор (П ), который преобразует его в поляризованный поток света. Затем поток света проходит через полутеневую пластинку (К ), разделяющую его на две половины линией раздела. Анализатор пропускает равные по яркости обе половины светового потока и в поле зрения зрительной трубы, состоящей из объектива (О ") и окуляра (Ок ), установленные после анализатора, наблюдаются две одинаковые половины поля, разделенные тонкой линией и называемые полями сравнения. При установки кюветы (трубки) с раствором сахара ( Т ) между поляризатором и анализатором нарушается равенство яркостей полей сравнения, так как исследуемый раствор поворачивает плоскость поляризации на угол, пропорциональный концентрации раствора.

В современных сахариметрах (например в СУ-4) для уравнивания яркостей полей сравнения применяется клиновый кварцевый компенсатор, состоящий из подвижного кварцевого клина левого вращения и неподвижного контрклина правого вращения. Перемещением подвижного клина относительно контрклина устанавливают такую суммарную толщину клинов по оптической оси, при которой компенсируется угол поворота плоскости поляризации раствора. При этом происходит уравнивание яркостей полей сравнения. Одновременно, так как подвижный клин связан с измерительной шкалой, перемещается и измерительная шкала. По нулевому делению нониуса фиксируют значение шкалы, соответствующее состоянию одинаковой (минимальной) яркости полей сравнения. На рис.2а) показано расположение измерительной шкалы (внизу) и нониуса (наверху), которое соответствует установке прибора на “нуль”, т. е. значение так называемого нулевого угла (φ0 ) равно 0. Деление нониуса совмещено с нулевым делением шкалы, а последнее “сотое” деление нониуса точно совпадает с определенным делением нижней шкалы.

В сахариметре СУ-4 для измерения угла поворота плоскости поляризации света применена международная сахарная шкала (0 S ). Одно деление сахарной шкале (10 S ) равно 0,3460 угловым (в градусах) т. е.: 1000S=34,60. Одно деление нониуса соответсвует 0,050S. На рис.2.б) показано положение нониуса и шкалы, соответствующее отсчету “+ 11,850S ” (нуль нониуса расположен правее нуля шкалы на 11 полных делений и в правой части с одним из делений шкалы совмещается его семнадцатое деление, соответствующее значению 0,850S по нониусу). Следовательно угол поворота плоскости поляризации света в угловых единицах (в градусах) равен: φ=11,85· 0,346=4,100.

Лабораторная работа состоит из двух частей. В первой из них измеряется концентрация раствора D-глюкозы, а во второй - определяется удельное вращение D-сахарозы.

Порядок выполнения лабораторной работы

Перед выполнением лабораторной работы прибор настраивается и регулируется лаборантом или преподавателем с целью установки его на ноль. Для установки прибора на ноль (нулевой угол φ0=0) используется специальный механизм установки нониуса с помощью юстировочного ключа. Если нулевой угол φ0 не равен 0 необходимо это учитывать при измерении угла поворота плоскости поляризации света.

І часть. Измерение концентрации раствора D- глюкозы.

1. Включить прибор (осветительное устройство). Получить отчетливое изображение (путем регулирования окуляра зрительной трубы) вертикальной линии раздела полей cравнения. Установить лупу на максимальную резкость изображения штрихов и цифр измерительной шкалы и нониуса. Проверить установку прибора на ноль: кюветное отделение закрыто и в нем отсутствует трубка с раствором сахара; измерительная шкала и нониус с помощью рукоятки клинового компенсатора установлены как на рис.2а; поля сравнения имеют одинаковую (минимальную) яркость.

2. Определить угол поворота плоскости колебаний поляризованного света раствором D - глюкозы- φгл. Измерения произвести в такой последовательности:

а) поместить в сахариметр трубку с раствором D - глюкозы (как можно ближе к окуляру) в кюветное отделение и закрыть ее;

б) уравнять минимальную яркость полей сравнения вращением рукоятки клинового компенcатора;

в) произвести отсчет показаний по измерительной шкале и нониусу с точностью до 0,050S;

г) “сбить” положение рукоятки клинового компенсатора и снова уравнять яркости полей сравнения и произвести новый отсчет угла по шкале и нониусу. Операцию измерения повторить не менее 3-5 раз и результаты занести в таблицу 1;

д) извлечь из сахариметра трубку с раствором глюкозы.

Таблица 1.

Таблица для записи результатов измерений концентрации D- глюкозы.

II часть. Определение удельного вращения D- сахарозы.

1. Поместить в кюветное отделение прибора трубку с раствором D - сахарозы. Концентрация раствора указана на рабочем месте.

2. Измерить угол поворота плоскости поляризации света-φсах так, как это описано в первой части для глюкозы. Измеренные значения угла (3-5 раз) занести в таблицу 2.

Таблица 2.

Таблица для записи результатов определения удельного вращения D - сахарозы.

	φсах.(сах. ед.)	φсах.(град.)
значение	φсах. ср.=	φсах. ср.=			[αo]сах. ср.=

На рабочем месте заданы длина трубки (в дм) и концентрация D- сахарозы

Обработка результатов измерений.

1. По результатам измерений угла φгл (град.) вычислить 3-5 значений концентраций D- глюкозы по формуле:

Сгл..gif" alt="*" width="12" height="23 src="> Определить среднее значение концентрации глюкозы:

Сгл= (%), где: n- число измерений.

2. Вычислить абсолютную ошибку опыта по формуле:

∆Сгл. ср.= (%).

В формуле каждая разность Сгл i-Сгл ср берется по абсолютной величине (со знаком “+”).

2. Расчеты искомых величин и погрешностей;

3. Заключение, в котором следует привести окончательные результаты измерений и расчетов Сгл. и [αo]сах., записанные согласно принятым правилам, а также сделать вывод о различии удельных вращений для глюкозы и сахарозы.