Методическая разработка

Для проведения занятия преподавателем со студентами

по

Медицинской и биологической физике

Время проведения занятия:	Для лечебного факультета	для МДФ
	120мин аудиторных + 40 мин самостоятельная работа	115 мин. аудиторных

Тема: Определение концентрации оптически активных веществ с помощью поляриметра

1.УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ, МОТИВАЦИЯ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ, ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНОМУ УРОВНЮ ЗНАНИЙ

Методическая разработка предназначена для студентов с целью изучения поляризационных оптических методов. В медицине с помощью поляризационных методов исследуются анизотропные жидкости и ткани организма. Например, метод поляриметрии или сахарометрии служит для определения концентрации сахара в моче, метод поляризационной микроскопии – для изучения мышечной и костной ткани, чужеродных оптически активных микроорганизмов.

Исходный уровень знаний должен включать в себя:

1.Поляризация света. Свет естественный и поляризованный (плоскополяризованный свет, плоскость поляризации, частично поляризованный свет, степень поляризации).

2.Закон Малюса (поляризатор, главная плоскость поляризации, анализатор, угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора).

3.Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков.

4.Поляризация света при двойном лучепреломлении (обыкновенный и необыкновенный лучи, оптическая анизотропия, ход обыкновеных и необыковенных лучей через анизотропный кристалл, призма Николя).

5.Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами. Поляриметрия (оптическая активность, постоянная вращения, правовращающие и левовращающие вещества, вращательная дисперсия).

6.Явление дихроизма.

7.Исследование биологических тканей в поляризованном свете. Спектрополяриметрия. Поляризационный микроскоп.

В результате проведения занятия студент должен:

1) Знатьустройство и принцип действия поляриметра, изучить методы поляризации света, явление вращения плоскости поляризации, оптической активности, дисперсии оптической активности.

2) Уметь, определить удельное вращение и концентрацию сахарозы в растворе, определить дисперсию оптической активности раствора сахарозы.

2.МАТЕРИАЛЬНОЕ ОСНАЩЕНИЕ

2.1. Поляриметр портативный П-161

2.2. Кювета разборная.

2.3. Сосуды со стандартной и неизвестной концентрацией раствора сахарозы и с дистиллированной водой.

2.4. Монохроматор или стандартные светофильтры.

0. Руководство к лабораторной работе №13.

3.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ИЗ СМЕЖНЫХ ДИСЦИПЛИН.

3.1.Анизотропные ткани и жидкости организма человека.

4.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ.

4.1.Поляризация света. Свет естественный и поляризованный (плоскополяризованный свет, плоскость поляризации, частично поляризованный свет, степень поляризации).

4.2.Закон Малюса (поляризатор, главная плоскость поляризации, анализатор, угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора).

4.3.Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков.

4.4.Поляризация света при двойном лучепреломлении (обыкновенный и необыкновенный лучи, оптическая анизотропия, ход обыкновеных и необыковенных лучей через анизотропный кристалл, призма Николя).

4.5.Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами. Поляриметрия (оптическая активность, постоянная вращения, правовращающие и левовращающие вещества, вращательная дисперсия).

4.6.Явление дихроизма.

4.7.Исследование биологических тканей в поляризованном свете. Спектрополяриметрия. Поляризационный микроскоп.

5.РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ.

№ п/п	Содержание	Расчет рабочего времени(мин.)
		Лечебный	МДФ
1.	Введение	5	5
2.	Теоретическая часть занятия (опрос по теме занятия)	30	25
3.	Практическая часть занятия:	80	75
	Определение нулевого отсчета прибора, Определение угла вращения плоскости поляризации оптически активной жидкостью и удельного вращения вещества, Определение неизвестной концентрации оптически активной жидкости Определение дисперсии оптической активности,
4.	Заключительная часть занятия: проверка отчета и защита работы	20	20

6.ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для определения угла вращения плоскости поляризации используют портативный поляриметр П-161. В портативном поляриметре П-161 применен принцип уравнивания яркостей разделенного на три части поля зрения. Разделение поля зрения на три части осуществлено введением в оптическую систему прибора кварцевой пластинки, которая занимает только среднюю честь поля зрения. Уравнивание яркостей частей поля происходит вблизи полного затемнения поля, что соответствует почти полному скрещиванию поляризатора и анализатора (83-85). Свет от матовой электрической лампочки или дневной свет с помощью зеркала прибора направляется в узел поляризатора. Пройдя оранжевый светофильтр и поляризатор, свет средней частью пучка проходит через кварцевую пластинку, защитное стекло и анализатор, а двумя крайними частями пучка.

Уравнивание яркостей частей поля зрения производится путем вращения анализатора. Если между анализатором и поляризатором ввести кювету с оптически – активным раствором или жидкостью, то равенство яркостей частей поля зрения нарушится. Оно может быть восстановлено поворотом анализатора на угол, равный углу поворота плоскости поляризации жидкостью. Следовательно, разностью двух отсчетов, соответствующих равенству яркостей частей поля с оптически – активной жидкостью и без нее, определяется угол вращения плоскости поляризации.

Наблюдение тройного поля зрения осуществляется при помощи зрительной трубки. Вращением оправы окуляра производится установка окуляра по глазу на резкость изображения линий раздела поля зрения.

Регистрация угла вращения плоскости поляризации осуществляется с помощью отсчетной лупы. В ней на неподвижном лимбе вправо и влево нанесено 20 делений. Цена одного лимба 1. В плоскости лимба на подвижной втулке имеются два нониуса – левый и правый. Каждый нониус разделен на 10 делений. Цена одного деления 0,1.

7.ХОД ЗАНЯТИЯ

При выполнении работы исследуемое вещество помещают в разборную кювету. Разборная кювета для жидкости представляет собой стеклянную цилиндрическую трубку со шлифованными торцами. Размеры трубки измерены с точность до сотых долей мм и указаны на кювете. Сверху трубка покрыта непрозрачным материалом. К концам трубки приклеены герметическим клеем держатели торцовых, прозрачных стекол. При помощи прижимной цилиндрической гайки держателя, круглое прозрачное стекло прижимается к шлифованным торцам трубки. Для герметизации и не разрушения прозрачных стекол между прижимной гайкой и стеклом располагается резиновая шайба. Заполнение кюветы исследуемым раствором происходит следующим образом. На один конец кюветы помещается цилиндрическое, прозрачное стекло и прижимается к торцу трубки прижимной гайкой. Этим концом кювета ставится на горизонтальную поверхность. В вертикально стоящую кювету наливают исследуемую жидкость так, чтобы на торце цилиндрической трубки образовался выпуклый мениск. На мениск помещают торцовое стекло так, чтобы в кювете не образовывался воздушный пузырек. Прижимной гайкой прижимают стекло к торцу цилиндрической трубки. Кювета собрана и используется для измерений.

1. Определение нулевого отсчета прибораосуществляется без кюветы или с кюветой, наполненной дистиллированной водой.

1.1. Поместите кювету с дистиллированной водой в кюветное отделение прибора и вращением оправы окуляра установите окуляр на резкое изображение линий раздела поля зрения.

1.2 Вращением кольца поворачивайте анализатор и добейтесь равенства окраски частей поля зрения (в чувствительном положении). Равенство окраски наблюдается в промежуточном положении при переходе светлого поля 1 в темное поле 2 и наоборот (рис.3).

Рис.3. Переход вида поля зрения

Установку на равномерную яркость частей поля зрения повторите 3 раза. Каждый раз берите отсчеты по нониусу (рис.1). Средняя величина из 3 отсчетов является нулевым отсчетом прибора.

1.3.Через отсчетную лупу определить, насколько полных градусов повернут нуль нониуса по отношению к лимбу и записать целые значения лимба до нуля нониуса. Затем подсчитайте число делений нониуса, от нуля нониуса, совпадающего с градусным штрихом лимба, и умножьте полученное число на 0,1. К числу градусов, взятых по лимбу, прибавьте отсчет по нониусу. Сделайте три измерения , найдите среднее значение Если нулевой штрих нониуса при установке на равенство яркостей частей поля зрения оказался относительно нулевого штриха лимба смещенным по часовой стрелке, то нулевому отсчету приписывают знак (+), а если против часовой стрелки – (-).

2. Определение угла вращения плоскости поляризации оптически активной жидкостьюи удельного вращениявещества.

2.1. Поместите кювету с исследуемым раствором известной концентрации С в кюветное отделение прибора и вращением оправы окуляра установите окуляр на резкое изображение линий раздела поля зрения.

2.2. Вращением кольца поворачивайте анализатор и добейтесь равенства яркостей частей поля зрения (в чувствительном положении).

2.3. Через отсчетную лупу определить, насколько полных градусов повернут нуль нониуса по отношению к лимбу и записать целые значения лимба до нуля нониуса. Затем подсчитайте число делений нониуса, от нуля нониуса, совпадающего с градусным штрихом лимба, и умножьте полученное число на 0,1. К числу градусов, взятых по лимбу, прибавьте отсчет по нониусу. Сделайте три измерения, найдите среднее значение и из полученного среднего значения вычтите нулевой отсчет, обязательно учитывая знак.

Пример: При определении нулевого положения прибор показал +0,3, а после ввода исследуемого раствора +3,3, тогда угол поворота +3,3-(+0,3)=+3,0

2.4. На кювете содержащей исследуемый раствор концентрации С указана длина кюветы L. По формулеопределим удельное вращение. Удельное вращение равно.

3. Определение неизвестной концентрации

3.1 Кювету заполненную раствором неизвестной концентрации С_хпоместить в кюветное отделение прибора и вращением оправы окуляра установите окуляр на резкое изображение линий раздела поля зрения.

3.2. Вращением кольца поворачивайте анализатор и добейтесь равенства яркостей частей поля зрения (в чувствительном положении).

3.3. Через отсчетную лупу определить, насколько полных градусов повернут нуль нониуса по отношению к лимбу и записать целые значения лимба до нуля нониуса. Затем подсчитайте число делений нониуса, от нуля нониуса, совпадающего с градусным штрихом лимба, и умножьте полученное число на 0,1. К числу градусов, взятых по лимбу, прибавьте отсчет по нониусу. Сделайте три измерения, найдите среднее значение, из полученного среднего значения вычтите нулевой отсчет, обязательно учитывая знак.

3.4. Зная удельное вращение исследуемого вещества, определенную по эталонной концентрации при проведении измерений на сахариметре, определим неизвестную концентрацию С_х, при условии, что измерения проводили в кюветах одной длины.

4. Определение дисперсии оптической активности

Удельное вращение исследуемого вещества зависит от длины волны проходящей через вещество света. Эта зависимость называется дисперсией оптической активности.

4.1. Выкрутить из поляриметра желтый светофильтр, и свет от источника будет проходить через монохроматор, поляризатор поляриметра, через кюветное отделение поляриметра и анализатор

4.2. Для определения дисперсии оптической активности выставить на монохроматоре длину волны в видимом диапазоне. Поместить в кюветное отделение поляриметра кювету с известной концентрацией раствора, и вращением оправы окуляра установить окуляр на резкое изображение линий раздела поля зрения.

4.3. Вращением кольца поворачивать анализатор и добиться равенства яркостей частей поля зрения (в чувствительном положении).

4.4. Через отсчетную лупу определить, насколько полных градусов повернут нуль нониуса по отношению к лимбу и записать целые значения лимба до нуля нониуса. Затем подсчитать число делений нониуса, от нуля нониуса, совпадающего с градусным штрихом лимба, и умножьте полученное число на 0,1. К числу градусов, взятых по лимбу, прибавьте отсчет по нониусу. Сделайте три измерения, найдите среднее значение и из полученного среднего значения вычтите нулевой отсчет, обязательно учитывая знак.

4.5. Зная длину Lкюветы, содержащей известный раствор с концентрацией С, по формулеопределим удельное вращение для заданной длины волны. Удельное вращение равноПолученный результат занести в таблицу.

4.6.Изменяя длины волн на монохроматоре с шагом 20 нм произвести измерения удельной активности для пяти разных длин волн проходящего света. Результаты измерений занести в таблицу:

Длины волны	№ п/п	φλ	φср	α
λ1=	1
	2
λ2=	1
	2
λ3=	1
	2
λ4=	1
	2
λ5=	1
	2

Построить график зависимости удельного вращения от длины волны света.

Сделайте вывод. 4.7. Оформить отчет.

8. ЛИТЕРАТУРА

1.Конспект лекций.

2.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб. для мед. спец. вузов.– 2-е изд. испр.– М.: Высш. школа, 1996.–608 с.

3.Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике: Учебн. пособие.– 2-е изд., перераб. и доп. – М: Дрофа, 2001.– 192 с.

4.Блохина М.Е., Эссаулова И.А., Мансурова Г.В. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике: Учебн. пособие. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.– 288 с.