Вопросы для контроля результатов усвоения

1.Опишите устройство биологического микроскопа.

2.Изобразите ход лучей в микроскопе; выведите формулу увеличения микро­скопа.

3.Что называется пределом разрешения и разрешающей способностью микро­скопа? апертурным углом объектива? Укажите способы увеличения разрешающей способности микроскопа.

4.Опишите специальные приемы микроскопии.

5.Опишите назначение и устройство окулярно-винтового микрометра.

6.Как определяется цена деления окулярно-винтового микрометра в лабораторной работе?

Лабораторная работа № 4.12 определение концентрации сахара в растворе поляриметром

Мотивационная характеристика темы. Вращение плоскости поляризации, обнаруженное впервые на кристаллах кварца, заключается в повороте плоскости поляризации плоскополяризованного света при прохождении через вещество. Вещества, обладающие таким свойством, называют оптически активными. Это явление широко используется в медицине не только для экспрессного определения содержания сахара в растворе — метод сахариметрии, но и в биофизике для исследования структурных превращений в молекулярных системах – метод поляриметрии.

Цель лабораторной работы: изучение принципа работы поляриметров, определение удельного вращения плоскости поляризации поляризованного света растворами сахара и глюкозы, определение концентрации сахара в растворе, исследование зависимости удельного вращения от длины волны.

К работе необходимо:

Знать	Уметь
1.Чем отличается естественный свет от плоскополяризованного? 2.Какова скорость электромагнитных волн в вакууме? В любой другой среде? 4. Могут ли продольные волны быть плоскополяризованными? 6.Какой из векторов—Е или Н—обладает фотохимическим действием?	1.Определять угол вращения плоскости поляризации оптически активным раствором. 2.Определять удельное вращение плоскости поляризации. 3.Определять концентрацию оптически активных веществ в растворе поляриметрическим методом.

Литература:

1. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика. М.,1999, Гл.25.

2.А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика. М.,1987, Гл.25.

3.И.А.Эссаулова и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. М., 1987, Лб.37.

Контрольные вопросы для определения исходного уровня знаний

1.Какова скорость электромагнитных волн в вакууме? в любой другой среде?

2.Какими параметрами характеризуется электромагнитная волна?

3.Каков механизм генерации светового излучения веществом?

4.Можно ли определить характер поляризации света с помощью органов зрения?

Информационный блок

Свет — это электромагнитные волны. Химическое и биологическое действие света в основном связано с электрической составляющей поля электромагнитной волны. Поэтому вектор напряженности Е электрического поля называется световым.

Естественный свет представляет собой совокупность волн, излучаемых множеством атомов и молекул источника света. Колебания световых векторов происходят во всевозможных направлениях, и поэтому плоскости их колебаний постоянно изменяют свое положение в пространстве.

Е

Рис.1

сли же направления колебаний светового вектора упорядочены каким-либо образом, то свет называетсяполяризованным. При некоторых условиях можно получить свет, в котором плоскость колебаний вектора Е занимает постоянное положение в пространстве (Рис.1). Такой свет называется плоскополяризованным. Плоскость, в которой происходят колебания вектора Е, называется плоскостью поляризации.

На рис.2 схематически показаны направления колебания вектораЕ для линейно поляризованной (а) и естественной (б) световой волны, распространяющейся перпендикулярно плоскости чертежа.

Г

Рис.2

лаз не отличает естественный свет от поляризованного, но имеется целый ряд явлений, свойственных только поляризованному свету, благодаря которым он и обнаруживается. Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью поляризатора (призма Николя, поляроид и др.). Он пропускает колебания, параллельные только одной (главной) плоскости, и полностью задерживает колебания, перпендикулярные этой плоскости.

Чтобы исследовать, является ли свет после прохождения поляризатора действительно плоскополяризованным, на пути лучей ставят второй поляризатор, который называют анализатором, указывая этим, что он используется не для получения, а для анализа поляризованного света.

Пусть колебания вектора Е поляризованной световой волны совершаются в плоскости, составляющей угол  с главной плоскостью анализатора. Амплитуду Е этих колебаний можно разложить на две взаимно перпендикулярные составляющие: Е₁ — совпадающую с главной плоскостью анализатора и Е₂ — перпендикулярную ей (рис.3):

Е₁=Еcos, Е₂=Еsin.

Первая составляющая колебаний пройдет через анализатор, вторая будет задержана им. Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды; следовательно, интенсивность света, прошедшего через анализатор, пропорциональна Е²cos²  (закон Малюса):

I=I₀ сos²,

где I₀ — интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор;  — угол между плоскостью поляризации падающего света и плоскостью анализатора.

Если плоскости поляризатора и анализатора параллельны,  = 0, , т. е. cos=±1, то экран, помещенный за анализатором, будет максимально освещенным.

Если т. е.cos = 0 (поляризатор и анализатор скрещены), то экран будет темным. При прохождении поляризованного света через некоторые вещества наблюдается вращение плоскости поляризации. Такие вещества называются оптически активными. К их числу относят кристаллические тела (кварц, киноварь и др.), чистые жидкости (скипидар, никотин и др.) и растворы некоторых веществ (водные растворы сахара, винной кислоты и др.).

В растворах угол  поворота плоскости поляризации пропорционален пути L луча в растворе и концентрации с раствора:

=[₀]сL,

где [₀] — удельное вращение. Оно обратно пропорционально квадрату длины волны, зависит от природы вещества и температуры и численно равно увеличенному в 100 раз углу поворота плоскости поляризации слоем раствора толщиной 10 см при концентрации вещества 1г на 100 см³ раствора, температуре 20°С и длине волны света = 589 нм.

Удельное вращение сахара равно 66,5 гpaд•cм^з/(г•дм) = 0,665 град • м²/ кг.

При пропускании поляризованного света через раствор оптически активного вещества плоскости поляризации волн различной длины будут поворачиваться на разные углы. В зависимости от положения анализатора через него проходят лучи различной окраски. Это явление называется вращательной дисперсией.

Если между поляризатором и анализатором, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, поместить кювету с раствором оптически активного вещества, то поле зрения просветляется. Чтобы снова получить полностью затемненное поле зрения, необходимо анализатор повернуть на угол , поворота плоскости поляризации света при прохождении через кювету с раствором. Зная удельное вращение данного вещества и длину кюветы, можно определить концентрацию раствора:

М

Рис.3.

етод, применяемый при качественном и количественном анализе различных веществ с помощью поляриметра, называетсяполяриметрией. Он широко используется в медицине и биологии (например, для определения оптической активности сывороточных белков с целью диагностики рака), в клинической практике (например, для количественного определения, содержания сахара в моче). Поляриметр, применяемый для этой цели, называется сахариметром.