ГБОУ ВПО Тверская ГМА Минздрава России

Кафедра физики, математики и медицинской информатики

ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИМЕТРА

Методические указания для лабораторной работы № 10

Тверь 2014

Лабораторная работа

ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИМЕТРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Изучить явление поляризации света и его применение для исследования оптически активных веществ.

2. Освоить метод определения концентрации растворов оптически активных веществ с помощью поляриметра.

3. Определить концентрацию оптически активного вещества.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: поляриметр, кюветы с растворами оптически активных веществ, осветитель.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ

1. Вводное слово преподавателя.

2. Собеседование по контрольным вопросам к лабораторной работе.

3. Выполнение лабораторной работы.

4. Оформление отчета по лабораторной работе.

5. Решение задач по теме лабораторной работы.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЛОК

Свет - это электромагнитные волны с длиной волны от 380 нм до 760 нм. В электромагнитных волнах направления вектора напряженности электрического поля , вектора индукции магнитного поляи вектора скорости распространения волнырасположены перпендикулярно друг другу. Химическое и биологическое действие света связано с электрической составляющей электромагнитной волны и её действием на заряженные частицы. Сила, действующая со стороны электрического поля на электрический заряд и вызывающая его смещение, пропорциональнаи сонаправлена с вектором напряжённости.

Распространение света можно рассматривать, как электромагнитное поле, распространяющееся в пустом пространстве или возмущение, распространяющееся в электромагнитном поле, так и в виде взаимодействия множества элементарных атомных излучателей (осцилляторов). Каждый осциллятор, получив квант энергии, переходит в возбужденное состояние. Спустя очень короткий отрезок времени он возвращается в основное состояние с излучением энергии в виде электромагнитной волны. Электромагнитные волны от множества осцилляторов представляет собой совокупность случайных обрывков (цугов), и, следовательно, общая волна содержит набор беспорядочно ориентированных направлений вектора , лежащих в плоскостях, проходящих через направление светового луча. Такой луч света называется естественным (неполяризованным). Луч света, в котором все векторалежат в одной плоскости, называется плоскополяризованным. Плоскость, проведенная через вектори направление распространения, называется плоскостью колебаний поляризованной волны или плоскостью поляризации (рис. 1).

Рис. 1. Расположение векторов ,ии плоскости поляризации

Существуют тела (поляризаторы), после прохождения которых естественный луч света становится поляризованным. Механизм поляризации естественного света поляризатором можно представить следующим образом (рис. 2). Каждый вектор напряженности в естественном луче можно представить по правилу параллелограмма как сумму двух взаимно перпендикулярных составляющих и. Составляющая, совпадающая с плоскостью поляризации поляризатора (главной плоскостью кристалла), им пропускается, перпендикулярная составляющаяпоглощается. Плоскостью поляризации поляризатора называется плоскость, в которой поглощение вектора напряженности наименьшее. Таким образом, после прохождения поляризатора интенсивность естественного света уменьшается в два раза.

Ось, лежащая в плоскости

поляризации поляризатора

Ось, перпендикулярная плоскости

поляризации поляризатора

Рис. 2. Расположение векторов,и

Явление поляризации также происходит при двойном лучепреломлении света, и обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах. Оно состоит в том, что световой луч, преломляясь на границе некоторых естественных кристаллов (исландский шпат, турмалин и др.), разделяется на два различных по скорости распространения, но одинаковых по интенсивности луча: обыкновенный и необыкновенный. Оба луча поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. У таких лучей относительные показатели преломления разные, и, иногда говорят, что для обыкновенного законы преломления выполняются, а для необыкновенного не выполняются. Принцип действия поляризаторов основан на устранении одного из лучей, например, в призме Николя (николь).

Плоскополяризованный свет можно получить с помощью поляроидных пленок из герапатита (мелких кристаллов, закрепленных на целлулоидной пленке). Герапатит и подобные кристаллы обладают свойством дихроизма: наряду с двойным лучепреломлением они способны поглощать один из лучей значительно сильнее. Поляризация света имеет место при отражении и преломлении света прозрачными изотропными средами, при двойном преломлении света в естественных кристаллах и искусственных пленках (поляроидах), при прохождении света через мутные среды и пр.

Человеческий глаз реагирует только на интенсивность электромагнитного излучения и не может различить поляризован ли луч или нет. Если естественный свет падает на поляризатор и далее на экран (или глаз), то, вращая поляризатор, мы не заметим никакого изменения интенсивности света на экране (глазом). Наблюдаемая картина изменится, если между поляризатором и экраном поместить еще один поляризатор, называемый анализатором. При вращении анализатора в плоскости, перпендикулярной направлению луча, интенсивность светового пятна на экране изменяется от нуля до максимума. Таким образом, для определения ориентации плоскости поляризации электромагнитного излучения, требуется два поляроида (поляризатор и анализатор).

Закон изменения интенсивности поляризованного света, прошедшего анализатор, в зависимости от взаимной ориентации плоскостей поляризации поляризатора и анализатора называется законом Малюса:

. (1)