Теориялық қықаша мағлұмат

№13ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: Биожүйелердің жарық поляризациясы.

Мақсаты: Поляриметр қондырғысын оқып зерттеу және поляриметрдің көмегімен қанттың концентрациясын анықтау.

Оқыту мақсаты: Сахариметрдің - поляриметрдің көмегімен ғанттың концентрациясын анықтау әдісін студенттердің игеруі, клиникалық зерттеулерде дағдылануға мүмкіндік береді.

Құрал-жабдықтар: Поляриметр-сахариметр, қанттың әр түрлі ертінділері.

Теориялық қықаша мағлұмат

Жылдамдығы қоршаған ортаның оптикалық қасиетіне тәуелді электромагниттік толқынды жарық дейді. Электромагнитгік толқынның электр және магнит өрістерінің кернеуліктері өзара перпендикуляр жазықгықтардың бойымен таралады (1 сурет). Электромагаиттік толқыңдардың тендеуін былай жазуға болады:

Мұндағы және электржәнемагнитөрістерініңбастапқыөріскернеуліктері; -циклдықжиілік, t-уақыт, х-арақашықтық, -жарыктыңсолортадатаралужылдамдығы.

1 сурет.

Шартты түрде электр өрісінің кернеулігі таралатын жазықтықты электромагниттік толқын жазыктығы деп, ал магнит өрісінің кернеулігі таралатын жазықгықты-поляризация жазықтығы дейді.

Егер жарық толқынының яғни, электромагниттік толқынның электр өрісінің кернеулігі бір ғана жазықтықгың бойымен таралса (2-а), ондай жарық поляризацияланған болады. Осы жазыктықгың бойымен бір ғана сөуле емес, аса көп, тіпті шексіз көп сеулелер таралуы мумкін.

Поляризацияланған жарық деген ұғым мен қатар жартылай поляризацияланған жарық және поляризацияланбаған, табиғи, жарық деген де ұғым бар.

2 сурет.

Егер электромагниттік электрөрісі толқынның кернеулігінің таралу жылдамдығы эллипс пішініне сәйкес өзгерсе (2б-сурет) ондай жарық жартылайполяризацияланған жарық болады. Ал табиғи жарық деп, немесе поляризацияланбаған жарық деп электромагаиттік толқынның электрөрісі кернеулігінің кеңістікте таралу жылдамдығы жан-жақты бағытта бірдей болатын жарықгы (2в-сурет) айтады.

Жарықтың поляризациясы жарықтың шашырауы, сынуы, және т.б. кұрылыстарында да байқалады. Оптикалық екі ортаның шекарасынан шағылған жарық (шыны бетінен, судан, жылтыр беттен) жартылай поляризацияланған жарық болады (3-сурет).

Олардың электрлік векторының таралу жазықтығы негізінен жарыктың түсу және шағылу жазыктығының бетіңце (Q) жатады.

Шағылған сәуленің поляризациялануы оның түсу бұрышына тәуелді. Жарықтың түсу бұрышының тангенсі , сол екі ортаның жарықгың салыстырмалы сынукөрсеткішіне (n) тең болғанда, жарық толық поляризацияланған болады, яғни tg . Мұндағы жарыктың толық поляризациялану бұрышы дейді. Жарықгың түсу бұрышы толық поляризацияланған бұрышқа тең болғанда сынған сәуле де максимадды поляризацияланады. Жарыктың түсу бұрышы -ден өзгеше болса онда шағылған сәуле де жартылай поляризацияланған болады. Егер жарыкты бірнеше мөлдір пластикалардан өткізсе, онда сынған сәуле ең соңғы пластикадан өткенде поляризацияланған сәуле болуы мүмкін.

3 сурет.

Поляризация құбылысы жарықгың қосарланып сыну кезінде де байкалады. Жарық сәулесі кейбір табиғи қристалдардың (ислаңд шпаты, турмалин жәнет. с. с.) бетіне келіп түскеннен кейін таралу жылдамдығы әртүрлі, бірақ интенсивтіліктері бірдей екі жарыкка бөлінеді: олардың бірін кәдімгі жарық десе, екіншісін өзгеше жарық дейді. Кәдімгі жарық -ол жарыктың сыну және шағылу зандарына толық бағынатын жарық болса, ал өзгеше жарық ол заңдылықтарға бағынбайды.

Поляризацияланған жарық алу әдісінің кең тараған әдістерінің бірі - ол табиғи кристалдарда сәуленің қосарланып сынуы. Егер жіңішке жарық жолағы Исландшпатының бетіне түсіп екінші ортадан өткеңде екі сәулеге жіктеледі. Осындай құбылыс жарық кез-келген бұрьшшен түскенде, тіпті түсу бұрышы 90°С -ка тең болғанда да байкалады (4-сурет). Оның себебі мынада:

кристалмен әсерлескен жарық екіге бөлінгенде олардың бірінің сыну көрсеткіші жарықтың түсу бұрышына тәуелді болмайды, сондықтан тұрақгы болады. Олай болса жарық осы кристалда жан-жақты бағытта бірдей жыддамдыкден таралады. Ол қарапайым жарық болады да АВСД бағытында таралады (4-сурет), ол үшін салыстырмалы сыну көрсеткіші мынаған тең:

Екіншіжарықерекшежарық, оныңсынукөрсеткішіжарықгыңкристаллбетінетүсубұрышынатәуелдіболады,олайболсакристалдыңәртүрлібағытындажарықтыңтаралужыддамдығыәртүрліболадыдажарықтынсынужәнешағылузаңдарыорындалмайды. 4-суреттеолжарықАВКМбағытындатаралған, сынукөрсеткішімынағантеңболады:

Кристаллдан шыққан өзгешежарық та, өзгеше жарық та толық поляризацияланған болады. Олардың ингенсивтіліктері де бірдей болады. Сонымен катар түскен жарықкристаллан өткенде екіге бөлінбейтін бағыт та болады. Ол бағыт кристаллдың бас оптикалық осі деп аталады. Осы осьтің бағытында екі жарықгың да таралужыддамдығы бірдей болады. Поляризацияланған жарық карусыз көзге көрінбейді, олай болса кәдімгі жарық пен өзгеше жарықты да адам көзі ажырата алмайды.

Поляризациялантан жарықты практикада қолдану үшін кәдімгі жарық пен өзгеше жарықты бір-бірінен ажыратып карау керек. Ол үшін Николь призмасы қолданылады. (5- сурет) Николь призмасынжасау үшін табиғи Исланд шпаты (CaC0₃) қолданылады. Осы кристаллдың пішінін ромб тәріздес етіп алып оны қысқа диагоналі (ВД)бойымен екіге бөліп, арасын қайтадан канада бальзамымен желімдейді. Ромб тәріздес кристаллдың ВАД және ВСД бұрыштарын 68°, ал АВД және ВДС бұрыштарын 90° етіп алады. Егер Николь призмасына табиғи жарық келіп түссе ол (1) ол екіге бөлінеді: кәдімгіжарық (2) канада бальзамының бетімен толық шағылады да призманың сыртқы бетінде жұғылады, ал өзгеше жарық (3) канада бальзамынан еркін өтіп призмадан поляризацияланған болып шығады.

5-сурет.

Поляризацияланған жарық алу үшін қолданылатын құралды поляризатор дейді, ал поляризациялану дөрежесін анықтайтын куралды анализатор дейді. Анализатор мен поляризатор бір кристалдан жасалады.

Малюс заңына сәйкес, анализатордан өткен жарықгың интенсивтілігі J полярйзатордан өткен жарыктың интенсивтілігіне J₀және поляризатор мен анализатордағыэлектр өрістерінің арасыңдағы бұрыштық косинусының квадратына тура пропорционал болады.

J = J₀cos²

Малюс заңын кез-келген поляризатор мен анализаторға қолдануға болады.

Кейбір заттардан жарық өткенде жарыктың электр өрісі кернеулігінің векторы алғашқы таралу бағытынан бұрылады. Ондай заттарды оптикалық активті заттар дейді. Оптикалық активті заттар табиғи зат та, жасанды зат та болуы мүмкін. Оптикалық заттар қатарына кварц кристаллы, скипидар, канттың ерітіңдісі, спирт және т.б. сүйыктар жатады. Поляризацияланған жарықтың жазыктығының бұрылу бүрышы сол заттың концентрациясына (С) және жарықгың жұру жолына турапропорционал болады:

Мұндағы -пропорционалдық коэффициент, ол оптикальгқ активті зат үшін тұрақгы шама. Сондыктан оны меншікті бүрылу бұрышы дейді.

Меншікті бұрылу бұрышын, әрбір оптикалық активті зат үшін 20°С температурада, жарық толкын ұзындығы үшін = 589,3ммк. Ол мынаған тең: . Осыны оптикалық активтіліктің дисперсиясы дейді. Түрліше оптикалық активті заттар үшін бұл шама әр түрлі болады.

Жарыктың тербеліс жазыктығының бұрылу бұрышының сұйықгың концентрациясына тәуелділігін аныктауға арналған кұралды поляриметр дейді. Медицинада оны сахариметр деп атайды. Ол медицина мен биологияда канттың, спирттің, белоктың және т.б. концентрациясын аныктауда кеңінен қолданылады.

Поляриметрмен оптикалық активті заттардың концентрациясын ғана анықтап қоймай, жарықтың тербеліс жазықгығының бұрылу бүрышын да анықтаута болады.Түрліше жарық сүзгіштерін (фильтр) қолдана отырып жарыктың тербеліс жазыктығының бұрылу бұрышьшың келіп түскен жарықгьщ толқын ұзындығына тәуелділігін де анықгауға болады. Осы мақсатта қодданылатын приборды спектрополяриметр дейді.

Поляриметрді, сонымен қатар, молекулалық биофизикада молекулалар құрылымының түрленуін (белоктар, нуклеин қышқылдары, полисахаридтер және т.б.) аныктауда қоддануға болады. Себебі: молекулалардың конформациясы өзгергенде олардың да мешпікті бұру бұрышы да өзгереді.

Енді сол поляриметрдің жұмыс принципін қарастырайық (6-сурет).

Ф Л П К А О

6-сурет

Жарық ағыны Ф-сүзгіштен (фильтр) өтіп, Л-жиналғыш линзаға түседі. Линзадан өткен параллель сәулелер П-поляризаторға түседі де одан поляризацияланған жарық толқыны шығады. Егер осы жарыктың таралу жазықгығы А-анализатордың оптикалық осімен сәйкес келсе окулярдан (О) көрінген көру алаңы біртекті жарьікталынады. (7а сурет).

Егер поляризатор мен анализатордың арасына оптикалық активті заттың ерітіндісі кұйылған кювета (К) қойсақ онда көру алаңының жарықталынуы өзгереді: көру алаңының ортасы қараңғы шеттері жарық (7б сурет) немесе ортасы жарық, шеттері қараңғы (7в сурет) болуы мүмкін. Анализаторды бұрай отырып көру алаңын тағыда біртекті жарыкталу күйіне келтіргеннен кейін анализатордың бүрылу бүрышын аныктау керек.

Дата добавления: 2015-10-28