Методичка Поляриметр

КАЗАХСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

специальность 051301 общая медицина

КАФЕДРА МЕДБИОФИЗИКИ И ИНФОРМАТИКИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

к практическому занятию

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕДИЦИНСКАЯ БИОфизика»

ТЕМА: Поляризация света биосистемами.

КУРС: первый

СОСТАВИТЕЛИ: доцент Чудиновских В.Р.

г. Астана, 2007

Обсуждена на заседании кафедры.

Протокол №_____ от «____»_______________

УТВЕРЖДЕНА

Зав. кафедрой ____________________ Оспанов Н.М.

1. ТЕМА: Поляризация света биосистемами.

2. Цель занятия: изучить явление поляризации, методику определения концентрации сахара с помощью поляриметра.

3. Задачи обучения: освоить методику определения концентрации раствора сахара с помощью поляриметра.

4. Основные вопросы темы:

1.Естественная и поляризованная волна, плоскополяризованная,

частичнополяризованная волна.

2.Поляризатор, анализатор и их назначение.

3.Явление двойного лучепреломления.

Обыкновенные и необыкновенные лучи.

4.Закон Брюстера.

5.Оптическая ось кристалла, главная плоскость кристалла.

6.Призма Николя, поляроиды, поляризационные светофильтры.

7.Свойство дихроизма.

8.Оптически активные вещества.

9.Оптическая схема поляриметра.

10.Угол поворота плоскости поляризации.

11.Угол удельного вращения, физический смысл.

12.Поляризационный микроскоп

Краткая теория

В основе устройства сахариметров лежит явление вращения плоскости колебаний поляризованного света. Естественный или неполяризованный свеч излучается множеством атомов и молекул. Колебания электрического вектора естественного света происходят в различных фазах и плоскостях. Обозначается неполяризованный свет (рис1). При прохождении света через кристаллы, можно получить свет, плоскость колебания электрического вектора которого занимает постоянное положение в пространстве. Такой свет называется плоскополяризованным. Обозначение (Рис.2).

Кристалл в этом случае называется поляризатором световой волны. Глаз не отличает поляризованный свет от естественного. Поэтому явление поляризации мы не замечаем.

αокажется повернутый на некоторый угол φ от первоначального положения.

Величина угла поворота плоскости колебаний пропорциональна толщине слоя и концентрации сахара С:

(1)

где - толщина слоя в дециметрах.

С - концентрация в граммах на 100 см³ раствора - удельная постоянная вращения вещества Из формулы (1) следует (2)

[α] равно стократному углу вращения плоскости поляризации поляризованного света

толщиной в 1 дм. содержащего 1 гр. вещества в 100 см³ раствора. При

пользовании желтым светом, длина волны которого 589.4 Им. [α] измеряется в

градусах и зависит от состава растворенного вещества, выбора растворителя, длины волны света, от температуры и концентрации.

Приборы, позволяющие определить величину угла поворота плоскости колебаний, называется поляриметрами.

Сахариметрами называют поляриметры, которые позволяют по отсчету по шкале прибора находить концентрацию сахара.

Простейшая схема поляриметра.

На пути пучка лучей естественного света ставится поляризатор П (призма Николя).

После прохождения через П получается поляризованный свет, колебания электрического вектора которого происходят в одной определенной плоскости (например, в вертикальной).

Поляризованный свет проходит через трубку Т с раствором сахара, в котором плоскость поляризации поворачивается на угол, и попадает в анализатор и затем идет в глаз.

Анализатор - призма Николя, аналогичная поляризатору, пропускает только колебания, совпадающие с его главной плоскостью и позволяющая измерить угол поворота плоскости поляризации φ.

Прохождение через систему поляризатор- анализатор

Если главные плоскости П и А совпадают, то свет полностью проходит через анализатор и освещает поле зрения (1).

Если главные плоскости П и А расположены под некоторым углом, свет проходит через анализатор, но ослабляется (2).

Если плоскости взаимно перпендикулярны, то свет полностью гасится анализатором. (3).

В настоящее время в медицинский сахариметр (поляриметр) СМ вводится дополнительный светофильтр и за поляризатором тонкая кварцевая пластинка К, закрывающая среднюю часть поля зрения прибора.

Действие этой пластинки равносильно повороту в ней плоскости колебаний поляризованных лучей на небольшой угол. С введением кварцевой пластинки поле зрения поляриметра оказывается разделенным на 3 части разной освещенности. Вращением анализатора можно добиться установки всех частей поля зрения на одинаковую яркость.

Правильной установкой будет та, при которой поля уравниваются при меньшей яркости. Если поле анализатора установить на одинаковую яркость всех полей зрения, и поставить между поляризатором и анализатором трубку с раствором сахара, то яркость средней и нижних частей поля зрения перестанут быть одинаковыми. Для восстановления равенства яркости частей поля зрения достаточно повернуть диализатор на некоторый угол, который будет равен углу поворота плоскости световых колебаний в растворе сахара. А зная угол φ, можно определить его концентрацию С.

Ход работы

1. С помощью зеркала осветить поле зрения сахариметра и добиться отчетливой видимости при помощи вращения окуляра.

2. Определить нулевую точку прибора φ_о. Для этого три раза установить вращением анализатора равенство яркостей всех частей поля зрения. Записать значения показаний шкалы анализатора φ_о трижды в таблицу и найти φ _оср. среднее. Это и будет нулевая точка прибора.

5. Наполнить трубку раствором сахара неизвестной концентрации так, чтобы не было в трубке воздушных пузырьков. Поместить трубку в поляриметр. При этом освещенность поля зрения станет неравномерной. Определить угол вращения плоскости поляризации φ, для чего вращать анализатор до тех пор, пюка освещенность всех частей поля зрения не будет одинаковой. Измерения провести трижды для одного и того же раствора. Результаты занести в таблицу.

Таблица для записи результатов измерений с помощью поляриметра

Нулевая точка	Среднее значение	Угол вращения плоскости поляризации	Длина трубки	Концентрация раствора	Среднее С	Абсол. погрешность	Средняя абсолютная погрешность.
φо	φоср	φ	(дм)	С	Сср	∆С	∆Сср
1.
2.
3.

Вычислить концентрацию раствора по формуле:

- длина трубки

С- концентрация раствора

[α] - угол удельного вращения (для белого света принять [α]=52,3)

φ- угол поворота плоскости поляризации φ _о - нулевая точка прибора.

Определить

5. Найти абсолютную погрешность ∆С

∆С₁=(С ср-С₁); ∆С₂=(=(Сср-С₂); ∆С₃=(=(Сср-С₃);

Результат записать в виде С = С _ср ± ∆С_ср

6. При пользовании портативным сахариметром, при определении концентрации раствора сахара в процентах нужно разность между углом вращения плоскости поляризации и значением нулевой

точки удвоить. Проверить результаты работы по этому правилу.

6.ЛИТЕРАТУРА:

1. Ремизов А.Н… Медицинская биологическая физика.М.:Дрофа, 2004, глава 20.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, 1999,2003,Глава 25

3. Методическая разработка

4. Хитун В.А. Практикум по физике,1972 г. Работа 37.

5. 5. Ливенцев А.М.Курс физики,1978г., Том 2,§ 142

7.Контрольные вопросы для заключительного контроля знаний

1. Закон Малюса.

2. Формула закона Брюстера

3. Формула ,по которой можно определить концентрацию раствора с

4. помощью поляриметра.

5. Каковы особенности этих обыкновенного и необыкновенного лучей?

6. Какая волна называется плоскополяризованной?

7. Что такое волна: естественная, плоскополяризованная, неполяризованной,

частично-поляризованная, электромагнитная.

8. Что такое плоскость поляризации?

9. Что такое поляризатор, анализатор?

10. Сформулировать закон Брюстера.

11. Что такое явление анизотропии?

12. В чем сущность явления двойного лучепреломления?

13. Что такое призма Николя? поляроиды, поляризационные светофильтры.?

14. Оптическая ось кристалла, главная плоскость кристалла

15. Что такое явление дихроизма?

16. Оптически активные вещества, оптически активный раствор

17. От чего зависит угол поворота плоскости поляризации поляризованного луча в оптически активном растворе?

18. Оптическая схема поляриметра.

19. Угол удельного вращения, физический смысл.

20. Свойства дихроизма.

21. Поляризованные светофильтры -поляроиды.

22. Оптически активные вещества.

23. Прохождение света через систему поляризатор- анализатор.

24. Оптическая схема поляриметра.

25. 15.Угол поворота плоскости поляризации

26. Устройство поляриметра.

27. Отчет угла поворота плоскости поляризации с помощью поляриметр.

28. Определение концентрации с помощью поляриметра.

29. Поляризационный микроскоп.

7