8. Физ. Основы поляриметрического метода.

Поляриметрия может быть использована только при работе с т.н. оптически активными веществами, т.е. веществами, способными вращать плос­кость поляризации проходящего через них света.

Представления об оптически активных веществах основаны на электромагнитной теории света и теории взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. Согласно электромагнитной теории, световые волны являются поперечными волнами, т.е. их колебания проходят в плоскости, перпендикулярной к направлению луча и при этом векторы напряженности электрического поля Е и магнитной индукции Н перпендикулярны друг другу (рис.1)

Puс. 1 Плоскополяризованная световая волна

Если проекция осциллирующего вектора электрического поля на плоскость, перпендикулярную направлению распространения луч представляет собой одну линию, такой луч называют плоскополяризованным (линейнополяризованным). Если такие проекции ориентированы по всем направлениям, луч называется естественным или неполяризованным.

IIлоскость,в которой происходит колебание вектора напряженности, называется плоскостью колебаний ли­нейно поляризованной волны. Плоскость колебаний вектора магнитной индукции перпендикулярна плоскости колебаний называется плоскостью поляризации. Практически плоско поляризованный луч получают пропуская через пластинки, вырезанные из оптически активных минералов. Наиболее часто для этой цели используют призмы Николя, изготовленные из исландского шпата,а также плоские кварцевые пластинки. Используют также поляроиды, представляющие собой комплексные соединения иода. Если сложить два плоскополяризованных луча, находящихся в одной фазе и отличающихся только амплитудами, суммарный луч будет также линейно (плоско) поляризованным.

Сложение двух плоскополяризованных лучей, плоскости поляризации которых взаимоперпендикулярны, а разность фаз составляет 90⁰, то получаются лучи в форме правой или левой спирали, т.е. круговая поляризация света. Если смотреть навстречу направлению распространения луча, то в левой спирали вектор электрического поля вращается по кругу по часовой стрелке, а в правой спирали - по кругу против часовой стрелки. Такой поляризацией по кругу свет получают пропуская плоскополяризованный луч через четверть волновую плостинку оптически активного вещества, толщина которого кратна четверти длины волны света, проходящего через него.

9. Типы оптической активности.

Все вещества и растворы в за­висимости от их поведения при прохождении через них поляризованного света делятся на две категории. Вещества, способные изменять положение плоскости поляризации света, называются оптически ак­тивными. Вещества, не способные изменять положение плоскости поляризации света, называются оптически неактивными.

При прохождении поляризованного света через оптически активную среду могут возникнуть два эффекта:

1) изменение направления колебаний - вращение плоскости поляризации;

2) разложение плоскополяризованного луча на два компонента, обладающие вращением в разные стороны.

Оптическая активность вещества может определяться как оптическая активность его молекул (молекулярная оптическая активность), так и структурой вещества (структурная или кристаллическая оптическая активность). Молекулярная оптическая активность проявляете во всех агрегатных состояниях и в растворах. Основным условием появления молекулярной оптической активности является отсутствие центра симметрии, плоскости симметрии или зеркальной поворотной оси симметрии. Например, молекула циклогексана имеет молекулярную структуру и является оптически неактивным веществом. Молекула метилциклогекена несимметрична и оптически активна. Винная кислота существует в 4 четырех диастереоизомеров, два из которых ( d- и l- винная кислота) оптически активны, а 2 мезоформы имеют плоскость симметрии и способностью вращать плоскость поляризации света не обладают.

Структурной оптической активностью, т.е. способностью вращать плоскость поляризации в твердом состоянии, могут обладать кристаллы, построенные как из хиральных, так и из нехиралъных молекул. Причиной появления оптической активности нехиральных молекул, может быть деформация тех или иных элементов структуры внутренним полем кристалла, благодаря чему эти структурные элементы становятся хиральными. Для этого достаточно деформация 10^-3. Примеры веществ, проявляющих структурную активность: кварц, мочевина, хлорат натрия.

Кристаллическая оптическая активность при плавлении или растворении вещества исчезает. Кроме такой оптической активности, при воздействии на вещество магнитного поля или при его контакте с хиральными молекулами может проявляться наведенная оптическая активность (эффект Фарадея и эффект Пфейфера). Согласно Пфейферу вращение плоскости поляризации обусловлено, тем, что две волны с круговой поляризацией (правой и левой), в виде которой может быть представлен плоскополяризационный луч, с различной силой взаимодействуют со средой, через которую они проходят. Это взаимодействие выражается в полеризации молекул и приводит к тому, что две волны с различной кру­говой поляризацией распространяются в веществе с разными скоро­стями, и на выходе из него плоскость поляризации плоскополяризованной волны, образованной сложением двух, поляризованных, по кругу волн, оказывается повернутой на угол .

В зависимости от того, какое взаимодействие в данной среде оказывается сильнее, поворот плоскости поляризации может проис­ходить по часовой стрелке или против нее (если смотреть навстречу ходу луча света). Вращение по часовой стрелке называется правым и его величину считают положительной. Вращение против часовой стрелки - левым и отрицательным. Вращение плоскости поляризации зависит от структуры вещества, длины пути 1 светового луча в нем и не зависит от его интенсивности.