Описание экспериментальной установки

В данной лабораторной работе применяется поляриметр круговой СМ-2, который служит для определения концентрации сахара в растворе и является контрольно-измерительным прибором, широко применимым в различных областях науки и техники.

П оляриметрия (метод физико-химических исследований, основанных на измерении вращения плоскости поляризации) является основным методом контроля в сахарной промышленности; она также применяется для анализа эфирных масел, алкалоидов, антибиотиков. Важнейшим методом изучения строения вещества является спектрополяриметрия, основанная на зависимости между длиной волны и вращением плоскости поляризации света. Что касается поляриметра СМ-2, то он используется, в частности, в медицине для определения процентного содержания сахара в крови.

На рис. 4 представлена принципиальная оптическая схема поляриметра. Свет от источника 1 (лампы ДНАС 18-04.2), пройдя через светофильтр 2, конденсор 3 и поляризатор 4, одной частью пучка проходит через хроматическую фазовую пластину 5, кювету 6 с исследуемым раствором оптически активного вещества и анализатор 7, а другой частью пучка только через кювету 6 и анализатор 7 с отсчётным устройством (зрительная труба 8 и две лупы 9). Поляризатор 4 и анализатор 7 являются призмами Николя. В поляриметре измерение сводится к визуальному уравниванию яркостей двух половин поля зрения прибора и последующему считыванию показаний по шкале вращения, снабжённой нониусом. Поле зрения зрительной трубы 8 разделено на два полукруга разной яркости (рис. 5).

Н а рис. 5 и - плоскости поляризации двух лучей света, один из которых прошёл только через поляризатор 4, а другой - через поляризатор 4 и хроматическую фазовую пластинку 5, причём угол между плоскостями и мал. Если плоскость пропускания анализатора перпендикулярна биссектрисе угла , то обе половины поля зрения имеют одинаковую полутеневую освещённость (рис. 5а). При малейшем повороте анализатора (плоскости ) относительная освещённость поля зрения резко меняется (рис. 5б и в). Если между анализатором и поляризатором ввести кювету с оптически активным раствором, то равенство яркостей полей нарушается, и оно может быть восстановлено поворотом анализатора на угол, равный углу поворота плоскости поляризации исследуемым раствором.

В изуальная регистрация обладает достаточно высокой чувствительностью (0,04 град.), что позволяет широко применять (полутеневые) поляриметры для решения многих практических задач^*.

На рис. 6 представлен внешний вид поляриметра кругового СМ-2, составными частями которого являются головка анализатора с поляризатором I и корпус II, закреплённый на основании прибора. Головка анализатора с поляризатором являются измерительной частью поляриметра и состоят из поляризационного устройства, головки поляризатора 1, наблюдательной трубки 2 и наглазника 3. Наблюдательная трубка включает в себя объектив, диафрагму и окуляр. Вращением втулки 2 устанавливают окуляр на резкость изображения линии раздела полей сравнения. В наглазнике 3 жестко закреплены две лупы 4, позволяющие снимать отсчёт со шкалы лимба и отсчётного устройства. На лимбе нанесена 360-градусная шкала с ценой деления 0,5º, оцифрованная в направлении против движения часовой стрелки. Вращение лимба осуществляется ручкой 5. Шкалы двух отсчётных устройств, расположенных диаметрально, имеют по 25 делений каждая. Цена одного деления отсчётного устройства составляет 0,02º. В верхней части корпуса имеется кюветное отделение, которое закрывается крышкой 6. Основание прибора состоит из осветителя (лампы ДНАС 18-04.2), дросселя, предохранителя и вилки включения прибора в сеть. Натриевую лампу включают тумблером 7.

При проведении измерений поворотом втулки 2 наблюдатель устанавливает окуляр на резкое изображение (для своего глаза) линии раздела полей сравнения. Далее, вращением ручки 5 наблюдатель поворачивает (плавно и медленно) анализатор и добивается равенства яркостей полей сравнения. После этого производится отсчёт угла .

Н а рис.7 это полуцелое число равно 8,5º. Сотые доли градусов определяют с помощью левого и правого отчётных устройств (ЛиП, рис.6), имеющих 25 делений (цена каждого деления равна 0,02º). Оцифровка отсчётного устройства: "10" соответствует 0,10º; "20" соответствует 0,20º и т.д. Отсчёт проводят по тому делению отсчётного устройства, которое точно совпадает с каким-либо делением основной шкалы лимба. На рис.7 отсчёт по левому отсчётному устройству соответствует 0,16º. Проводят отсчёт сотых долей градуса по левому, а затем по правому отсчётному устройству и определяют среднюю арифметическую величину сотых долей градуса по двум устройствам; и эту величину добавляют к целому числу градусов. Например, величина угла , соответствующего рис. 7, равна 8,50+0,16= 8,66.

Один и тот же угол  наблюдают 5 раз и получают результаты наблюдений: , , … . За результат измерений принимают среднее арифметическое значение

. (8)

Для любой вероятности можно указать такой доверительный интервал , что искомая величина лежит внутри его с вероятностью . Полуширина доверительного интервала определяется формулой:

, (9)

где - коэффициент Стьюдента, величина которого зависит от вероятности и числа наблюдений (см. приложение).