14. Контрольные вопросы.

1. Объясните принцип работы и назначение коллиматора и зрительной трубы.

2. Нарисуйте ход лучей в зрительной трубе и в автоколлиматоре.

3. Объясните принцип измерения углов на гониометре.

4. Расскажите, как устроен гониометр.

5. Перечислите правила снятия отсчёта на гониометре.

Лабораторная работа № 8

_____________________________________________________________________________________________

Изучение вращения плоскости поляризации оптически активных жидкостей с помощью сахариметра

1. Цель работы.

Определение концентрации сахарного раствора сахариметром. Изучение вращения плоскости поляризации оптически активных жидкостей.

2. Поляризация.

Световые волны, в которых колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в направлении, перпендикулярном лучу, называются линейно-поляризованными. Для получения поляризованного света используются поляризационные призмы, которые в этом случае называются поляризаторами. Такие же призмы, используемые для анализа поляризованного света, называются анализаторами.

Ряд веществ обладает способностью поворачивать плоскость колебаний вектора проходящего через них светового луча. Это явление называется вращением плоскости поляризации или оптической активностью. К оптически активным веществам относятся некоторые кристаллы и растворы, например, кварц и раствор сахара в дистиллированной воде.

Рис. 8.1. Ассиметрия молекул

Вращение плоскости поляризации P объясняется тем, что свет, поляризованный по кругу вправо и влево, распространяется в оптически активных веществах с разными скоростями, что обусловлено асимметрией молекул (рис.8.1). Линейно-поляризованный свет можно представить как суперпозицию двух поляризованных по кругу волн с одинаковыми амплитудой и частотой, но с разными направлениями вращения (рис 8.2, а). Если, в частности, скорости распространения этих волн окажутся неодинаковыми (рис.8.2, б), то один из векторов будет отставать в своем вращении от другого, вследствие чего плоскость колебании Р поворачивается вокруг направления распространения света.

Если между скрещенными поляризатором и анализатором поместить оптически активное вещество, то плоскость поляризации света, вышедшего из поляризатора, повернется вокруг светового луча на некоторый угол и анализатор пропустит свет. Чтобы вновь погасить свет, необходимо повернуть анализатор на угол , равный углу вращения плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации при прохождении поляризованного света через кристалл пропорционален толщине активного слоя . Для активного раствора угол поворота пропорционален длине пути луча в растворе и концентрации раствора С.

– для кристалла;

– для раствора,

где – удельное вращение для кристалла и раствора соответственно.

Коэффициент численно равен углу поворота плоскости поляризации при длине пути в 1 дм и единичной концентрации активного раствора. Удельное вращение зависит от рода активного вещества и длины волны проходящего света.

3. Описание установки.

Концентрация раствора сахара определяется прибором, называемым сахариметром. Его основными частями являются поляризатор и анализатор, между которыми помещается трубка с раствором сахара.

Так как очень точно установить поляризатор и анализатор "на темноту" невозможно, в сахариметре применяется так называемый полутеневой поляризатор. Получается он из призмы Николя, разрезанной по двум плоскостям, симметричным плоскости главного сечения ОО' (рис.8.3.) и составляющим между собой небольшой угол . Лежащий между этими плоскостями клин вырезается, и обе половинки склеиваются. Каждая половинка представляет собой самостоятельный поляризатор, причем плоскости поляризации Р₁ и Р₂ лучей света, прошедших через них, образуют между собой угол (рис.8.4, а).

Е

Если затем оба луча пропустить через анализатор, правая и левая половины поля зрения будут освещены одинаково только в том случае, если плоскость 1 поляризации анализатора составляет одинаковые углы с плоскостями поляризации обоих лучей. Последнему условию удовлетворяет плоскость ОС. Если на пути луча, вышедшего из поляризатора, поместить трубку с раствором сахара, то плоскости поляризации повернутся на некоторый угол (рис.8.4, б) и освещенности правого и левого поля зрения будут неодинаковы. Для уравнивания освещенности полей в сахариметре имеется компенсирующий кварцевый клин, вращающий плоскость поляризации в сторону, обратную той, в которую вращает ее раствор сахара. Вдвигая или выдвигая клин, можно подобрать такую толщину кварца, при которой вращение, вызванное раствором, полностью компенсируется.

Оптическая схема сахариметра приведена на рис. 8.5: свет от источника 1 проходит через фильтр 2, выделяющий узкую спектральную область. За фильтром расположены поляризатор 3, трубка с раствором сахара 4, кварцевый клин 5 и анализатор 6.

Рис.8.5. Оптическая схема сахариметра

На рис.8.6 показан внешний вид сахариметра. Источником света служит лампа накаливания, укрепленная внутри прибора. Фильтр (красный или зеленый) вводится на пути луча перемещением рамки 1. Трубка с исследуемым раствором сахара вкладывается в прибор через продольный вырез 2, закрывающийся шторкой. Кварцевый компенсирующий клин перемещается винтом 3. Две половинки поля зрения наблюдаются в окуляр зрительной трубки 4. С подвижным кварцевым клином связана шкала, наблюдаемая в лупу 5. В поле зрения лупы видны основная шкала и нониус. Нуль основной шкалы (рис.8.7, а и б) расположен посередине. Отсчеты вправо от него берутся со знаком плюс, влево – со знаком минус. Нониус имеет также нуль посередине. Целое число градусов отсчитывается по основной шкале против нулевого деления нониуса. Десятые доли градуса определяются по нониусу о бычным способом, но при этом следует иметь в виду следующее: если нуль нониуса сдвинут в положительную часть основной шкалы, то для нахождения десятых долей градуса используется правая часть нониуса. Если же он сдвинут в отрицательную часть основной шкалы, то используется левая часть нониуса.