1.3. Прохождение поляризованного света через вещества

При прохождении линейно-поляризованного света через некоторые вещества плоскость поляризации световых лучей поворачивается. Это явление называется вращением плоскости поляризации. Вещества, вращающие плоскость поляризации, называются оптически активными.

Оптическая активность вещества обуславливается двумя факторами:

- особенностями кристаллической решетки вещества;

- особенностями строения молекул вещества.

В зависимости от этих факторов оптически активные вещества разделяются на два типа. К первому относятся твердые кристаллы, например, кварц SiO₂. Вещества второго типа проявляют активность только в растворенном или газообразном состоянии. К этой категории относятся органические вещества: глюкоза, винная кислота и др.

Плоскость поляризации вышедшего луча оказывается повернутой на некоторый угол, называемый углом поворота плоскости поляризации. Некоторые оптически активные вещества поворачивают плоскость поляризации вправо, т.е. по часовой стрелке, если смотреть навстречу лучу (правовращающие вещества), другие - влево (левовращающие вещества).

Угол поворота плоскости поляризации зависит прямо пропорционально от длины пути лучав растворе, концентрации раствораС и индивидуальных свойств веществ, характеризующихся величиной, называемой удельным вращением₀,

(3)

Удельное вращение зависит от длины волны света, рода растворителя, температуры раствора. С увеличением длины волны ₀уменьшается, с увеличением температуры – увеличивается.

Обычно удельное вращение относится к температуре 20°С и жел­той линии натрия ₀и обозначается. Удельное вращение плоскости поляризации численно равно углу поворота плоскости поляризации при длине пути в 1м и объемной концентрации данного оптически активного вещества, равной 1кг/м³.

2. Описание лабораторной установки

2.1 Описание прибора и принципа его действия

Поляриметр круговой СМ предназначен для измерения углов вращения плоскости поляризации света оптически активными веществами. Оптическая схема поляриметра типа СМ изображена на рис.8.

Рис. 8. Оптическая схема поляриметра

Свет от источника 1 (матовая электрическая лампочка) проходит последовательно через цветной светофильтр 2, поляриза­тор 3, диафрагму в плоскопараллельной кварцевой пластинке 4, поляриметрическую трубку 5, анализатор 6, зрительную трубку и попадает в глаз наблюдателя 9. Анализатор можно вращать относительно оси прибора с помощью специального фрикциона 2. Вместе с анализатором вращается зритель­ная труба и диск 7. Благодаря двум нониусам, которые нанесены на диск, можно отсчитывать по лимбу 10 углы поворота анализатора от 0 до 360⁰с точностью до 0,05. Поляризатор 3 установлен неподвижно.

Пучок света, прошедший через поляризатор, оказывается поляризо­ванным линейно. Вектор напряженности электрического поля совершает колебания в плоскости главного сечения поляризации. На рис.9 это плоскостьРР, плоскость главного сечения анализатораАА, отсчет идет из-за плоскости чертежа к наблюдателю. Стрелки указывают направление колебаний вектора .

Рис. 9. Принцип действия

анализатора

Кварцевая пластинка 4, занимающая только среднюю часть поля зрения, делит все поле зрения на три части. Кварц поворачивает плоскость поляризации средней части пучка света вправо на небольшой угол. По этой причине, если анализатор скрестить с поляризатором при отсутствии трубки с раствором 5 (плоскостьААперпендикулярнаРР), крайние части поля зрения будут темными, а средняя – светлой (рис. 9а). В круговом поляриметре СМ применен принцип уравнивания яркости разделенного на три части поля зрения.

Если повернуть анализатор так, чтобы направление ААстало перпендикулярным биссектрисе угла, (на рис.9 – линияСД), средняя часть поля зрения окажется равномерно освещенной– (полутень) (рис. 9б). При таком положении один из нониусов должен указывать 0 (нулевой отсчет).

Если повернуть анализатор еще на угол /2, его главная плоскость окажется параллельной биссектрисе угла. При этом яркость поля зрения тоже будет одинаковой во всех частях, но очень большой. В этом случае точная установка прибора на однородность поля зрения будет невозможной, так как при большой яркости чувствительность глаза снижается и его свойства различать нюансы освещенности притупляются. При всех промежуточных положениях анализатора фотометрическое поле зрения будет неоднородным. Этим и пользуются для измерения углов поворота плоскости поляризации света.

Если между диафрагмой и анализатором после того, как поляризатор настроен на полутень, поместить оптически активное вещество, на­пример, трубку с сахарным раствором, плоскости колебаний лучей повернутся на угол , и биссектриса угла между векторами напряженности электрического поля в средней и крайней частях поля зрения уже не будет перпендикулярна плоскости главного сечения анализа­тора. Проекции вектора на пропускное направлениеАА в средней и крайних частях поля зрения будут разными по величине. Чтобы снова добиться одинаковой освещенности поля зрения, необходимо повернуть анализатор на угол . Сделав отсчет по положению нуля нониуса, можно определить, на какой угол поворачивает плоскость поляризации данное оптически активное вещество.