2.3.3 Физические основы поляриметрии. Закон Малюса. Оптическая активность веществ.

Призму Николя можно использовать не только для получения поляризованного света, но и для его анализа. В этом случае ее называют анализатор.

Для системы поляризатор – анализатор выполняется закон Малюса:

I = I_о cos² φ, (2.15)

где I_о – интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор;

I – интенсивность поляризованного света, вышедшего из анализатора;

φ – угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора.

Если φ = 0, т.е. главные плоскости поляризатора и анализатора параллельны, то I = I_о и поле зрения будет максимально освещенным; если φ = π/2, т.е. главные плоскости поляризатора и анализатора взаимно перпендикулярны, то I = 0 и поле зрения будет темным.

Способность некоторых веществ поворачивать плоскость поляризации плоскополя-

ризованного луча при прохождении света через это вещество называется оптической активностью. Для твердых тел угол поворота плоскости поляризации φ пропорционален расстоянию ℓ , пройденному светом в оптически активном веществе, т.е:

φ = β ℓ , (2.16)

где β – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода вещества, длины волны падающего света и температуры, измеряется в угловых градусах на мм.

Зависимость угла поворота φ от длины волны называется дисперсией вращения плоскости поляризации (вращательной дисперсией).

Известно, что для растворов оптически активных веществ невысокой концентрации выполняется следующий количественный закон: угол поворота плоскости поляризации φ прямо пропорционален толщине d слоя раствора и концентрации С оптически активного вещества:

, (2.17)

где α – коэффициент пропорциональности, зависящий от природы вещества, длины волны

и температуры и называется удельным вращением. В 1831 г. физиком Био была установлена зависимость удельного вращения от длины волны света:

(2.18)

Как оптическая характеристика вещества удельное вращение α, численно равно углу поворота плоскости поляризации плоскополяризованного луча света при прохождении его через раствор единичной концентрации С и единичной длины d, его принято измерять в следующих единицах:

[α] =

Оптически активные вещества бывают правовращающими (поворот плоскости поляризации света по часовой стрелке) и левовращающими (поворот плоскости поляризации против часовой стрелки). Некоторые из них, например, кварц, винная кислота, камфара, могут быть лево- и правовращающими.

2.3.4 Использование поляризованного света.

Рассмотрим некоторые применения поляризованного света. На способности некоторых веществ поворачивать плоскость поляризации плоскополяризованного света основан метод определения концентрации растворенного, оптически активного вещества. В основе этого метода, называемого поляриметрией, лежит соотношение (2.17). Используемые в поляриметрии измерительные приборы, называют поляриметрами. Принципиальная

схема их представлена на рис.2.13: где S – источник света (лампа накаливания); Ф – желто-зеленый светофильтр; П и А – поляризатор и анализатор, в качестве которых используются николи; Т – трубка с раствором оптически активного вещества; К – кварцевая пластинка.

Рис.2.13

Поляриметр позволяет измерить не только концентрацию, но и удельное вращение.

В гистологических исследованиях широко применяется поляризационный микроскоп. С его помощью можно определить структуру некоторых элементов тканей организма, которые являются оптически активными (например, элементов мышечной ткани, нервных волокон, соединительной ткани). Поляризационный микроскоп – это обычный биологический микроскоп с двумя призмами Николя. Одна из них располагается перед конденсором и является поляризатором, другая – между объективом и окуляром и является анализатором. Установив николи на полное затемнение, помещают на предметный столик препарат с анизотропной структурой: оптически активные элементы ткани будут просветленными, а изотропные – по-прежнему затемнены. Таким образом, этим методом можно определить структуру оптически активных элементов биологических тканей, которые не выявляются в обычном микроскопе.

Контрольные вопросы

1. Что такое интерференция света?

2. Что понимают под когерентными волнами?

3. Назовите условия при которых наблюдаются интерференционные максимумы и минимумы?

4. Что такое дифракция волн и при каком условии она наблюдается?

5. От чего зависят разрешающая способность и угловая дисперсия дифракционной решетки?

6. Какая волна называется естественной?

7. Что называется оптической осью кристалла?

8. Что называется оптической плоскостью кристалла?

9. Что является причиной образования поляризованного света?

10. Что понимают под анизотропией среды?

11. Какими свойствами обладают лучи обыкновенный и необыкновенный?

12. Что называется дихроизмом?

13. Что представляет собой призма Николя и для чего она используется?

14. Каковы преимущества призмы Николя по сравнению с плоскопараллельным кристаллом?

15. Какие вещества являются оптически активными?

16. Что называется удельным вращением вещества?

17. От чего зависит удельное вращение раствора?

18. Укажите единицы измерения удельного вращения вещества.

19. Для чего используются поляриметры?

28