Вопрос №53. Поляризация света. Способы получения поляризованного света.

С помощью поляризационного микроскопа изучаются оптически анизотропные вещества - такие вещества, у которых оптические свойства зависят от направления - исландский шпат, турмалин, коллагеновые волокна, участки сократительных волокон поперечнополосатых мышц. Для таких веществ характерно явление двойного лучепреломления. Возникающие в кристалле два луча получили названия обыкновенного (о) и необыкновенного (е). Для обыкновенного луча скорость и показатель преломления не зависят от направления, для необыкновенного луча - зависят. В направлении главной оптической оси анизотропного вещества скорости обеих лучей совпадают, а в других направления различаются. Двойное лучепреломление можно наблюдать в том случае, когда ГОО кристалла проходит под некоторым острым углом (бета) к поверхности кристалла.

Если главная оптическая ось (ГОО) анизотропного кристалла перпендикулярна падающим лучам. В этом случае "на глаз" обыкновенный и необыкновенный лучи неразличимы - они идут по одному направлению. Необыкновенный луч при этом обгоняет обыкновенный. Двойное лучепреломление имеет место.

Особенность явления двойного лучепреломления поляризованного света состоит в том, что при повороте кристалла вокруг падающих лучей происходит изменение интенсивностей образующихся в кристалле о- и е -лучей. При этом - что наиболее важно для метода поляризационной микроскопии происходит изменение поляризации света в о-и е- лучах. Пусть падающий на кристалл свет поляризован в вертикальной плоскости. Свет, прошедший через анизотропный кристалл поляризован иначе. При вращении кристалла - увеличении угла альфа от О до 90 градусов интенсивности о- и е- лучей изменяются. При альфа равном нулю о- луч исчезает, а е - луч имеет максимальную интенсивность и поляризован как и падающий свет (в этом случае поляризация света не изменяется). При угле альфа равном 90 градусов пропадает е -луч, а о- луч имеет максимальную интенсивность. Поляризация света после кристалла при этом также не изменяется. В поляризационном микроскопе после анизотропного кристалла ставится анализатор с осью расположенной перпендикулярно поляризатору. Поэтому при вращении кристалла интенсивность проходящего света будет изменяться. При углах альфа 0,90, 180, и так далее свет через анализатор проходить не будет. При углах 45,135, и так далее градусов в поле зрения анализатора будет максимальная освещенность. Именно на этом принципе работает поляризационный микроскоп. В его устройство, в отличие от обычного микроскопа, входит система расположенных под прямым углом поляризатором и анализатором (поляризатор - до объекта, анализатор - между объективом и окуляром). Кроме того, предметный столик поляризационного микроскопа может вращаться на 360 градусов. Если в таком микроскопе изучать изотропное вещество, то так как обыкновенный и необыкновенный лучи при этом не образуются, то в поле зрения микроскопа наблюдается полное затемнение.

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.

Для определенной длины волны угол α поворота плоскости по­ляризации пропорционален расстоянию I, пройденному светом в оптически активном веществе: α = α₀ l, где α₀ — коэффициент пропорциональности, или постоянная вращения (вращательная способность), град/мм. Оптически активными являются также многие некристалли­ческие тела: чистые жидкости, растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях, некоторые газы и пары. Для растворов был установлен следующий количественный за­кон: а = [ а₀]СI, где С — концентрация оптически активного вещества, I — толщи­на слоя раствора, [а₀] — удельное вращение, которое приблизи­тельно обратно пропорционально квадрату длины волны и зави­сит от температуры и свойств растворителя. Соотношение лежит в основе весьма чувствительного ме­тода измерения концентрации растворенных веществ, в частнос­ти сахара.

Этот метод (поляриметрия, или сахариметрия) используют в медицине для определения концентрации сахара в моче, в био­физических исследованиях, а также в пищевой промышленности. Соответствующие измерительные приборы называют поляри­метрами или сахариметрами.

Поляриметр позволяет измерять не только концентрацию, но и удельное вращение. Используя различные светофильтры, можно найти зависимость удельного вращения от длины волны (диспер­сию оптической активности), в настоящее время для этих целей применяют специальные приборы — спектрополяриметры.