САХАРИМЕТР УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СУ 4.

Краткая теория

Если вдоль главной оптической оси кристалла проходит луч естественного света, то по выходе из кристалла он не меняет своих свойств. Однако, в случае падения плоско-поляризованного света, некоторые кристаллические тела (кварц, киноварь, виннокаменная кислота) могут поворачивать плоскость колебания вектора Е на некоторый угол . Такие вещества называются оптически активными. Оптически активными могут быть также и растворы некоторых веществ, например раствор сахара. Направление вращения у различных веществ неодинаково. Если поворот плоскости колебания вектора Е для наблюдателя, смотрящего навстречу проходящему лучу, совершается по часовой стрелке, то вещество называется правовращающим, если против часовой стрелки – левовращающим. Многие вещества, например кварц, существует в двух модификациях, одна из которых вращает вправо, другая – влево. Величина поворота угла плоскости поляризации в растворах активных веществ пропорциональна их концентрации С и длине пути луча в жидкости: .

Если ввести коэффициент пропорциональности , то: .

Величина носит название удельного вращения. Длину пути луча в веществе принято выражать в дециметрах. Концентрация находится из соотношения:

, где – масса растворённого вещества, –масса раствора.

Удельное вращение для различных веществ различное, т.к.

, (1)

Т.о. удельное вращение – угол поворота плоскости поляризации в слое раствора длинной 1 дм при концентрации раствора равной 1%.

Определив предварительно по известным значениям концентрации С и длины величину удельного вращения , можно узнать неизвестную концентрацию данного вещества по формуле: (2).

Задание 1. Определение удельного вращения для водного раствора сахара.

Принадлежности: набор кювет различной длины с растворами сахара различной концентрации.

Определить удельное вращение по известным концентрациям растворов сахара используя формулу (1). О подготовке сахариметра к работе и порядке работы с ним можно узнать из паспорта к сахариметру. Данные измерения заносятся в таблицу 1. Рассчитать абсолютную и относительную погрешности для удельного вращения.

Таблица 1.

№ пп	(дм)	С(%)
1
2
3
4

Задание 2. Определение неизвестной концентрации сахара в водном растворе.

Принадлежности: набор кювет различной длины с растворами сахара различной концентрации.

Концентрация определяется по формуле (2). Данные измерений заносятся в таблицу 2.

Таблица 2.

№ р-ра

№№ опытов

(дм)

Описание сахариметра.

Простейшая установка для наблюдения вращения плоскости поляризации (рис.1) состоит из источника света (монохроматического) S, двух призм Николя - поляризатора П и анализатора А, трубки T с исследуемым раствором.

При отсутствии раствора в трубке анализатор повернуть так, чтобы свет плоскостью гасился (призмы Николя скрещены). Если трубку Т наполнить раствором активного вещества, то вследствие вращения плоскости колебаний наступает просветление поля зрения. Угол, на который нужно повернуть анализатор для полного затмения, очевидно, равен углу вращения плоскости колебания вектора Е. Величина

зависит от температуры. Для большинства веществ она уменьшается на

_при повышении температуры на 1º C . Кроме того, удельное вращение растворов зависит от длины световой волны источника (вращательная дисперсия). Поэтому при освещении белым светом вращение анализатора ни при каком угле поворота не приводит к полному погашению поля, а лишь изменяет цвет пропускаемых лучей. На практике для получения полного затмения применяют светофильтр. Следует заметить, определение угла поворота плоскости поляризации с помощью двух установок на темноту без активного вещества и с ним довольно неточно, и обычно, заменяется специальным устройством – полутеневым анализатором. Полутеневой анализатор можно получить из обычной поляризационной призмы. Пусть пропускается свет с плоскостью колебаний АА (рис. 2а). Если плоскость колебаний падающего света Е перпендикулярна АА, то от каждой половинки отшлифовывают по клинообразному слою в 2,5º и склеивают (рис. 2б). Тогда левая половина призмы будет полностью пропускать колебания в направлении АА₁, а правая в направлении АА₂_.

Если вектор Е перпендикулярен биссектрисе угла А₁АА₂, то по закону Малюса левая и правая половины поля зрения будут одинаково освещены (рис. 2) т.к. . В том случае, когда плоскость Е наклонена на малый угол, равенство освещенности полей нарушается.

Устанавливая полутеневой анализатор вместо второго Николя можно получить удобный для пользования поляриметр. Вращение плоскости поляризации можно использовать для определения концентрации растворов. Поляриметры, применяемые для определения концентрации сахарных растворов называются сахариметрами. Оптическая схема сахариметра Солейля представлена на рисунке 3.

Здесь П – Николь–поляризатор,

Q ₁– бикварцевая пластинка,

Т – трубка с исследуемым раствором,

Q ₂– пластинка из правовращающего кварца,

Q ₃– пластинка из двух одновременно сдвигаемых один относительно другого клиньев левовращающего кварца.

А – Николь–анализатор.

L – зрительная труба, установленная так, что наблюдатель видит ясно бикварцевую пластинку.

Поляризатор П и анализатор А скрещены и установлены неподвижно. Бикварцевая пластинка Q ₁ состоит из двух склеенных по диаметру полукруглых пластин лево и правовращающего кварца (Л и П). Плоскость колебания света, вышедшего из поляризатора П, поворачивается одной частью бикварца в левую сторону, другой – на такой же угол в правую сторону. Если трубка Т и пластинки Q ₁ и Q ₂ отсутствуют, то обе половины поля зрения будут освещены одинаково.

Наличие трубки с активным раствором вызовет поворот плоскостей колебаний, вышедших из бикварца на некоторый угол, равномерная освещенность поля зрения нарушится. Для того чтобы снова получить равномерную освещенность поля, применяется компенсационное устройство, состоящее из пластинок Q ₂ и Q ₃. При нормальном положении клиньев рис. 3 компенсатор Q ₂ – Q ₃ вызывает вращение плоскости поляризации вправо, при увеличении толщины Q ₃– компенсатор вращает влево. Таким образом, перемещением клиньев (изменяя толщину пластинки Q ₃) можно вновь повернуть плоскости колебаний так, чтобы обе половины зрения были освещены одинаково. Компенсация может быть произведена для лево и правовращающих веществ.

Перемещение клиньев фиксируется по шкале, которая может быть проградуирована в угловых градусах, определяющих поворот плоскости колебания исследуемым раствором. Шкалы некоторых сахариметров проградуированы в градусах Вентцке:

1⁰Вентцке=0,34657 угл.градуса.

САХАРИМЕТР УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СУ 4.

Смотрите описание в паспорте к сахариметру.

Толщина переменной пластинки измеряется при помощи шкалы с нониусом. Шкала имеет 100 делений положительных, для измерения правовращающих веществ и 50 делений отрицательных, для отсчета левовращающих веществ.

Контрольные вопросы

1. Какой свет называется плоско-поляризованным?

2. Чем отличается естественный свет от плоско-поляризованного?

3. Могут ли продольные волны быть плоско-поляризованными?

4. Почему полутеневыми устройствами удобнее пользоваться сахариметре, чем призмами Николя?

5. Почему при работе с сахариметрами необходимо применять светофильтры?

6. Почему окуляр сахариметра необходимо фокусировать на бикварцевую пластинку?

7. В чем заключается явление Фарадея?

8. Что будет наблюдаться на экране после прохождения через анализатор естественного света, плоско-поляризованного поляризованного по кругу и по эллипсу света? (анализатор может вращаться вокруг оси, перпендикулярной плоскости поляризатора).

Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 340; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!