7.4. Поляриметры

Поляризационно-оптические анализаторы основаны на свойстве поляризованного излучения изменять угол вращения плоскости поля­ризации при прохождении через оптически активное вещество.

При взаимодействии с оптически активной средой плоскость поляризации поворачивается на угол

α= α_оСbK,

где α_о – удельное вращение, зависящее от длины волны, рода вещества и температуры;

С – концентрация вещества;

B – толщина слоя анализируемого раствора;

К – коэффициент;

α_о – удельное вращение, зависящее от длины волны, рода вещества и температуры.

Удельное вращение для различных веществ приведено ниже:

тростниковый сахар +66,4; глюкоза +52,5 и фруктоза –93,0.

Таким образом, вращение плоскостей поляризации может идти по часовой стрелке (+) и против (–).

Концентрация вещества определяется по углу вращения плос­кости поляризации. Кювета с анализируемой жидкостью размещается между двумя поляроидами (призмами). Первая из них - поляризатор -обеспечивает плоскополяризованный свет, вторая - анализатор - измерение интенсивности плоскополяризованного света.

Интенсивность светового потока

F=F₀.cos 2 β,

где F₀ - интенсивность светового потока, выходящего из анализатора;

β - угол между плоскостями поляризации анализатора и поляризатора.

При размещении между поляризатором и анализатором анализируе­мого вещества меняется угол β, что может быть мерой концентрации оптически активного вещества.

В пищевой промышленности определяют этим методом такие оптически активные вещества, как сахар, глюкоза, лактоза.

На рис. 7.6 приведена схема поляризационно-оптического анализатора.

Рис. 7.6

1 - источник света; 2 - линза; 3 - интерференционный фильтр (монохроматический параллельный пучок); 4 - поляризатор (линейно-поляризованное излучение с определенным азимутом); 5 - модулятор (меняет азимут поляризации с частотой f на одинаковую величину от среднего положения); 6 - оптически активный объект; 7 - анализатор (установлен под углом 90° к среднему положению ази­мута поляризации); 8 - фотоприемник, преобразующий излучение (с частотой 2f) в электрический сигнал; блок питания; 9 – блок питания; 10 – электронная система; 11 – исполнительный механизм; 12 – отсчетное устройство.

При появлении оптически активного объекта среднее положение азимута поляризации будет повернуто на угол α и на фотоприемник поступит излучение с частотой f. Это вызовет в электронной системе 10 сигнал рассогласования, который поступает на исполнительный механизм 11, поворачивающий анализатор 7 вокруг оптической оси до тех пор, пока частотное излучение за анализатором не станет равным 2f. На отсчетном

устройстве 12 можно увидеть концентрацию анализируемого вещества.

Н а рис. 7.7 приведена схема анализатора пищевых продуктов.

Рис. 7.7

Световой поток от источника 1 проходит через конденсор 2, фильтр 3 и поляризатор 4, из которого выходит плоскополяризованным. Далее через призму 5 направляется в кювету 6 с контролируемым про­дуктом. После прохождения через кювету световой поток проходит через поляроидный анализатор 7 и далее попадает на фотоприемник 8, выход которого связан с усилителем. При отсутствии в среде оптически активных веществ поляризованный свет полностью гасится в анализаторе и не попадает на фотоэлемент. При их наличии плоскость поляризации поворачивается на некоторый угол (пропорционально концентрации вещества) и на фотоэлемент падает мо­дулированный световой поток. С помощью обратной связи система прихо­дит в первоначальное состояние.

По этой схеме работает анализатор содержания сахара типа САП в пределах 7–20° по международной шкале. Погрешность ±1 %. Прибор имеет выход на цифропечать.