Методические указания для выполнения лабораторной работы

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЯРИМЕТРА

а

б

Рис. 3. а- внешний вид поляриметра, б - устройство поляриметра (назначение частей, отмеченных цифрами см. в тексте)

а б в

Рис. 4 а, в –поляриметр не настроен, б – положение, при котором производят отсчет угла поворота.

Основными частями поляриметра являются поляризатор и анализатор. Поляриметр (рис. 3) состоит из трубки, в которой находятся все оптические детали, и опорной стойки. В трубке находится углубление, куда вставляется кювета. Кювета поляриметра имеет длину 0,95 дм. Световой поток, отразившись от зеркала 1, проходит через оранжевый светофильтр 2, поляризатор 3, кварцевую пластинку 4, которая разделяет его на две части, и кювету 5. При вращении анализатора 6 половина поля зрения (рис. 4) освещается, а другая затемняется. Поле зрения рассматривают через окуляр 7 и через лупу шкалу 8. Оранжевый светофильтр пропускает монохроматический свет с длинной волны 589 нм.

Измерительное устройство анализатора имеет основную шкалу (верхнюю) и нониус (нижняя шкала) для определения угла поворота плоскости поляризации правовращающих («положительных») и левовращающих («отрицательных») веществ (рис. 5). По верхней (основной) шкале находят число целых градусов, по нониусу десятые доли. Угловое положение анализатора относительно поляризатора  определяется с точностью до 0,1°. Данная величина принимается за систематическую приборную погрешность (_пр = 0,1°).

Процесс измерения состоит из трех этапов. Вначале, вращая анализатор, нужно получить такое положение, при котором всё поле зрения затемняется равномерно (одноцветно), и линия раздела полей исчезает (рис. 4 б). На втором этапе находят количество полных градусов. Для этого смотрят, на сколько нулевой штрих нониуса (рис. 5 а) сдвинут относительно основной шкалы вправо или влево, т.е. после какого штриха основной шкалы стоит нулевое деление нониуса. На последнем этапе замечают, какой по счёту штрих нониуса совпадает со штрихом основной шкалы (два штриха должны составлять единую линию). Для левовращающих веществ используется шкала нониуса, находящаяся слева от нуля нижней шкалы, для правовращающих – справа. Совпадающий штрих нониуса показывает десятые доли градуса, которые нужно прибавить к ранее найденному числу целых градусов. Если точно совпадают нулевое значение или последний штрих нониуса, то число десятых градусов равно нулю. Например, нулевой штрих нониуса лежит между 2° и 3° правой шкалы, и восьмой штрих нониуса совпадает со штрихом основной шкалы. Следовательно, угол поворота равен +2,8°.

а)

б)

Рис. 5 а) угол поворота плоскости поляризации +2,8°; б) угол поворота плоскости поляризации +4,2°

Отсчёт по шкале анализатора без кюветы с раствором должен приводить к совпадению нулевых делений нониуса и шкалы (положение нуля). Однако со временем положение нуля может отличаться от истинного значения – появляется систематическая ошибка (сдвиг нуля _0,пр). Поэтому, при расчётах требуется вносить поправки на сдвиг нуля. Предположим, что нулевая точка получилась в положении анализатора _0,пр = +0,2° (знак «+» означает справа) и, если при последующем измерении c наполненной кюветой получили одинаковую освещенность в положении анализатора +2,1°, то искомый угол вращения равен:

+ 2,1° - 0,2°= +1,9°; если же нулевая точка будет -0,2° (влево), то искомый угол поворота равен: +2,1°- (-0,2°) = 2,1°+ 0.2°= 2,3° и т.д.

Концентрация неизвестного раствора (С), исходя из (1), определяются по формуле:

C = . (3)

Для её расчета необходимо знать величину удельного вращения, которую требуется предварительно рассчитать, измеряя угол поворота плоскости поляризации в растворе с известной концентрацией.

, (4)

ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ

1. Произвести измерение углов поворота плоскости поляризации различными жидкостями: дистиллированной водой, растворами сахара известной концентрации, растворами сахара неизвестной концентрации. Жидкости находятся в кюветах, заполнение их проводит лаборант, КРЫШКИ НА КЮВЕТЕ НЕ ОТКРЫВАТЬ! Если под стеклом обнаружится пузырек воздуха, измерения не производить.

2. Рассчитать удельное вращение для раствора сахара по углу поворота плоскости поляризации растворами сахара известной концентрации при температуре опыта.

3. Рассчитать неизвестную концентрацию раствора сахара.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Проверить правильность установки нулевого значения показаний прибора. Для этого зеркальцем направить свет в прибор (дневной свет или от осветителя). Вращением окуляра (8) и лупы (9) (рис.5) получить резкое изображение линий раздела поля зрения и градусной шкалы. Поворотом анализатора (6) добиться одинаковой затемненности двух частей поля зрения. Записать показание градусной шкалы с точностью до 0,1°. Сместить анализатор и снова найти нужное положение. Повторить три раза. Рассчитать среднее нулевое положение анализатора ₀.

2. Измерить угол поворота плоскости поляризации света при прохождении его через жидкости в разных кюветах, проводя по несколько измерений для каждой кюветы.

3. Рассчитать угол поворота плоскости поляризации. Результаты записать в таблицу.

№ опыта	Без кюветы, 0	Дистил. вода, изм.	5% р-р, изм.	15% р-р, изм	р-р сахара неизвестной концентрации, изм	температура опыта
1.
2.
3.
ср

4. Рассчитать удельное вращение для раствора сахара по углу поворота плоскости поляризации растворами сахара с известными концентрациями (для каждой концентрации – в отдельности). По этим данным рассчитать его среднее значение и сравнить с табличным.

5. Кювета сахариметра имеет длину 0,95 дм,

6. Рассчитать неизвестную концентрацию раствора сахара, используя полученное среднее значение α_о.

7. СДЕЛАТЬ ВЫВОД.