Вращение плоскости колебаний поляризованного света. Сахариметрия.

Некоторые кристаллы, растворы многих органических веществ (сахара, кислоты, алкалоиды и др.), а также некоторые жидкости обнаруживают свойство вращать плоскость колебаний поляризованного света. Такие вещества называются оптически активными.

Явление заключается в том, что при прохождении через такое вещество поляризованного света плоскость его колебаний постепенно вращается вокруг оси светового пучка на угол, пропорциональный толщине пройденного светом слоя вещества. При этом у каждого оптически активного вещества имеется две разновидности - лево- и правовращающая (против и по часовой стрелке, если смотреть навстречу свету), - состоящие из молекул, структура которых представляет зеркальное отображение одна другой.

Для растворов оптически активных веществ угол j вращения плоскости колебаний монохроматического света зависит от природы вещества, температуры, концентрации С и длины l столба раствора, через который проходит свет:

j = [a] Сl,

где a - коэффициент, называемый удельным вращением. Удельное вращение - это угол вращения для столба раствора длиной 1 дм (10 см) при концентрации вещества 1 г на 100 мл раствора, при температуре 20°С и при длине волны света (желтая линия D паров натрия) l = 589 нм. Для глюкозы a = 52,8°.

Угол вращения для данного вещества зависит от длины волны света. По закону Био, угол вращения j приблизительно обратно пропорционален квадрату длины волны l света: Ф» а/l², где а - постоянная, зависящая от природы веществ.

Метод физических исследований, основанный на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества называется поляриметрией. Так как угол поворота в растворах зависит от их концентрации, то поляриметрия широко применяется для измерения концентрации оптически активных веществ.

Для того чтобы исключить влияние длины волны света на угол вращения, поляриметрия производится в монохроматическом свете, который получается с помощью соответствующего светофильтра; если в рассмотренных условиях использовать поляризованный белый свет, то анализатор при повороте будет пропускать поочередно лучи различной длины волны и пятно на экране будет соответственно менять цвет. Это явление называется дисперсией оптической активности и используется при изучении структуры вещества. Метод называется спектрополяриметрией.

Поляриметрия используется для измерения концентрации оптически активных веществ в растворе и в медицине, в частности для определения содержания сахара в моче больных. Применяемый для этого прибор называется сахариметром. Для упрощения расчетов в нем применяют трубку с раствором такой длины, чтобы угол поворота анализатора в градусах численно равнялся концентрации С раствора в граммах на 100 мл. При этом условии длина трубки l = 100/a. Например, для глюкозы l = 1,9 дм (19 см).

Рисунок 9. Внешний вид и схема компонентов сахариметра.

Сахариметр (рис. 9, а) представляет закрывающуюся крышкой трубку Т на штативе Ш, в которой расположена оптическая система прибора, схематически показанная на рис. 9, б. Параллельный пучок монохроматического света, образованный от источника И с помощью желтого светофильтра Ф и линзы Л, проходит через поляризатор П, трубку К с исследуемым раствором и анализатор А, укрепленный на вращающемся диске Д с делениями. Затем свет фокусируется объективом Об в поле зрения окуляра Ок, которое и наблюдается глазом. Для точности отсчета диск Д снабжен шкалой с нониусом Н. При измерениях сначала, без исследуемого раствора, анализатор устанавливают на полное затемнение поля зрения. Затем помещают в прибор трубку с раствором и вращая анализатор, снова добиваются полного затемнения поля зрения. Наименьший из двух углов, на который при этом необходимо повернуть анализатор, и является углом вращения для исследуемого вещества. По величине угла вычисляется концентрация сахара в растворе.

Определение угла вращения по затемнению поля зрения является недостаточно точным и требует предварительной адаптации глаза. В то же время глаз весьма чувствителен к разнице яркостей граничащих частей поля зрения. Это используется в поляриметрах с полутеневым отсчетом, в которых анализатор устанавливается по условию уравнивания яркостей двух или трех частей, на которые разделяется поле зрения.

Дата добавления: 2015-10-28