§ 15 Поляризация света биосистемами.
Цель занятия: изучить явление поляризации, методику определения концентрации сахара с помощью поляриметра.
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.
Если поляризованный монохроматический свет, колебания вектора напряженности электрического поля происходят, например, в вертикальной плоскости, поступает в трубку, заполненную раствором оптически активного вещества ( сахара), то по мере прохождения луча в растворе, направление плоскости колебаний электрического вектора изменяется и по выходе из раствора плоскость колебаний окажется повернутой 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)
Угол удельного вращения [α]
равен стократному углу вращения плоскости поляризации поляризованного света
толщиной в 1 дициметр. содержащего 1 грамм вещества в 100 см3 раствора. При
пользовании желтым светом, длина волны которого 589.4 нм [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.