Оптика: Методические указания по лабораторному практикуму, страница 20

Вращение плоскости поляризации объясняется особым расположением атомов в пределах молекулы оптически активного вещества.

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 α, равный углу вращения плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации при прохождении поляризованного света через кристалл пропорционален толщине активного слоя l. Для активного раствора угол поворота пропорционален длине пути луча в растворе и концентрации раствора с.

Для кристалла

‚

для раствора

‚

где ρ′ и ρ″ - удельное вращение соответственно для кристалла и раствора.

Удельное вращение (коэффициент ρ″) численно равен углу поворота плоскости поляризации при длине пути в 1 м и единичной концентрации активного раствора. Удельное вращение зависит от рода активного вещества и длины волны проходящего света.

Целью лабораторной работы является определение величины удельного вращения ρ″ для раствора сахара (для чего используется эталонный раствор), а также определение концентрации сахара в некотором исследуемом растворе.

Описание установки

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

Так как точно установить поляризатор и анализатор “на темноту “ невозможно, то в сахариметре применяется полутеневой поляризатор. Получается он из поляризационной призмы Николя, разрезанной по двум плоскостям, симметричным плоскости главного сечения ОО′ (рис.1) и составляющими между собой небольшой угол 2β. Лежащий между этими плоскостями клин вырезается, и обе половинки склеиваются. Каждая половинка представляет собой самостоятельный поляризатор, причем плоскости колебаний электрического вектора Р1 и Р2 лучей света, прошедших через них, образуют угол 2β.

При прохождении через анализатор обоих лучей правая и левая половины поля зрения освещены одинаково только в том случае, если плоскость поляризации анализатора составляет одинаковые углы с плоскостями поляризации обоих лучей. Последнему условию удовлетворяет плоскость ОС (рис. 2а). Если на пути луча, вышедшего из поляризатора, поместить трубку с раствором сахара, то плоскости поляризации Р1 и Р2 повернутся на некоторый угол (рис.2,б), и освещенности правого и левого поля зрения будут различными. Для уравнивания освещенности полей в сахариметре имеется компенсирующий кварцевый клин, вращающий плоскость поляризации в сторону, обратную той, в которую вращает ее раствор сахара. Двигая клин, можно подобрать толщину кварца, при которой вращение, вызванное раствором, полностью компенсируется.

Оптическая схема сахариметра (рис.3) следующая: 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.

На рис.4 показан внешний вид сахариметра. Источником света 1 служит лампа накаливания, укрепленная внутри прибора. Фильтр (красный) может быть введён в оптический канал с помощью вращения держателя 2. Трубка с исследуемым раствором сахара вкладывается в прибор через продольный вырез 3, закрывающийся шторкой. Две половинки поля зрения наблюдаются в окуляр зрительной трубки 4. Кварцевый компенсирующий клин перемещается винтом 5. С подвижным кварцевым клином связана шкала, которую можно наблюдать с помощью окуляра 6.