839

- 21 -

Кроме структуры самих молекул играет роль таюке и их

взаимное расположение. Кусок неактивного вещества (например,

кусок желатины) при закручивании приобретает оптическую активность вдоль оси вращения. Плоскость колебания вращается при этом в направлении, обратном направлению закручивания.

Все вещества, активные в аморфном состоянии (расплавленные

или в виде растворов), активны и в виде кристаллов.

Ряд веществ, неактивных в аморфном состоянии, вращают плоскость поляризации в кристаллическом состоянии. Например,

кварц способен вращать плоскость поляризации только в

кристаллическом состоянии и перестает вращать в аморфном

состоянии (плавленый кварц).

Таким образом, оптическая активность может определяться как

строением молекул, так и расположением молекул в

кристаллической решетке.

Для вращения плоскости поляризации справедливы следующие

закономерности :

1) Угол вращения прямо пропорционален длине пути d луча в

слое оптически активного вещества :

а=Ко d

где Ко - постоянная вращения.

2) Углы вращения нескольких оптически активных веществ

складываются алгебраически.

http://www.mitht.ru/e-library

- 22-

3) Угол вращения зависит от длины световой волны. Он приблизительно обратно пропорционален квадрату длины световой

волны.

4) В оптически активных растворах угол а поворота плоскости

поляризации прямо пропорционален пути d луча в слое раствора

и концентрации С активного вещества:

a=KdC

где К - удельная постоянная вращения или удельное

вращение.

Коэффициент К характеризует природу веществ и зависит от

длины волны, температуры (для большинства веществ К

уменьшается приблизительно на ){000 при повышении

температуры на один градус), а также от природы растворителя.

уд е л ь Н О е вр а Щ е н и е К равно величине угла поворота

плоскости поляризации при толщине слоя d = lдцм и

концентрации раствора С = 1г/ з.

/см Для раствора сахара при температуре 200 С и длине волны

света А == 589,3нм удельное вращение К = 66,60.

Если концентрация С раствора выражена в процентах СО.= С . 100 , то угол вращения плоскости поляризации для

раствора сахара выражается формулой:

http://www.mitht.ru/e-library

а = 0,666·d . С%

По углу а вращения плоскости поляризации можно, таким образом, определить процентное содержание сахара в растворах.

3.3. Описание установки

Поляризационные приборы, служащие для измерения

концентрации растворов сахара по углу вращения плоскости

поляризации, называются с а х а р и м е тр а м и . На рис.З.2.

изображено устройство сахариметра.

А

РиС.З.2. Устройство сахариметра:

s - источник света, Л - линза, П - поляризационная призма

Николя (поляризатор), Т- камера для поляриметрических трубок,

К - подвижный кварцевый клин, А - поляризационная призма

Николя (анализатор), 3 - зрительная труба.

Все составные части сахариметра помещены в металлический

корпус.

http://www.mitht.ru/e-library

- 24-

лu н3 а Л направляет свет от источника света S параллельно

оптической оси прибора и каждый из этих лучей проходит в

оптическом активном веществе (раствор сахара) путь, равный

длине d трубки Т.

Поляризатор П задает начальное положение плоскости

поляризации (плоскости колебания светового вектора), что

необходимо для измерения угла поворота плоскости поляризации.

На практике	применяются обычно	n о л у т е н е в ы е
с а х ар u м е т р ы,	которые обеспечивают	большую точность в

измерении угла поворота плоскости поляризации.

В полутеневом сахариметре одновременно наблюдают два поля зрения, разделенные прямой линией, и задачей наблюдателя является уравнивание освещенности этих полей. Человеческий

глаз обладает способностью сделать такое сравнение с гораздо

большей точностью, чем оценить небольшое изменение

освещенности одного и того же поля.

В полутеневых сахариметрах поляризатор состоит из двух

частей, в которых направления колебаний светового

(электрического) вектора Е повернуты относительно друг друга

(рис.з.3). Полутеневой поляризатор можно сделать из призмы

Николя. Колебания вектора Е светового луча, вышедшего из

призмы Николя, происходят В плоскости главного сечения.

http://www.mitht.ru/e-library

- 25-

Призма разрезается по двум плоскостям	АЕ и AG,
симметричным к плоскости главного сечения	и составляющим

между собой небольшой угол f3 .

,

J

с

Рис.З.З. Изменение положения плокости колебаний вектора

Е в поляризаторе полутеневого сахариметра

Лежащий между плоскостями АЕ и AG клин (заштрихован)

удаляется и две оставшиеся половины призмы склеиваются так,

что в поперечном сечении они образуют неправильный ромб.

Каждая из половинок представляет собой самостоятельный

поляризатор, причем главные сечения этих двух поляризаторов

образуют между собой угол f3 .

Таким образом, направления колебаний светового вектора в

двух половинах призмы поляризатора повернуты друг

относительно друга на угол f3 .

http://www.mitht.ru/e-library

- 26-

Линия склейки обеих половин призмы после выреза клина

посередине является границей раздела поля зрения на две равные

части.

На рис.З.4. дана картина освещенности поля зрения после

прохождения светового пучка через анализатор.

а

Рис.З.4. Картина освещенности поля зрения после

прохождения светового пучка через анализатор.

Векторы Р"в И Pnpall на рис.ЗА. изображают амплитуды колебаний

светового вектора в обеих половинах поля зрения. Плоскость АА

колебаний анализатора перпендикулярна линии склейки обеих половин

поляризационной призмы, поэтому при отсутствии оптически активного

вещества (рис.3А,а) освещенность обеих половин поля зрения будет

одинакова, т.к. будет одинакова амплитуда колебаний светового вектора в

обеих половинах светового ПУ'lка, прошедшего через анализатор

http://www.mitht.ru/e-library

·27 -

Если между поляризатором и анализатором поместить

оптически активное вещество (например правовращающее), то в

результате поворота вправо плоскости колебаний светового

вектора правая половина поля зрения станет светлее левой (т.к.

амплитуда колебаний светового вектора при выходе из анализатора в правой половине светового пучка будет больше, чем в левой - (рuс.З.4,б).

Чтобы определить угол поворота, необходимо снова установить

равенство освещенностей обеих половин поля зрения. Это

достигается с помощью компенсатора Солейля, помещенного в

сахариметре непосредственно перед анализатором (рuс.З.2.).

Рuс.З.5. Компенсатор Солейля

Компенсатор Солейля представляет собой совокупность

пластинок правого и левого кварца (рис. з. 5.).

http://www.mitht.ru/e-library

- 28-

Пластинка правого кварца имеет постоянную толщину,

пластинка левого кварца, такой же толщины, состоит из двух

острых клиньев, которые могут скользить один по другому и при

скольжении изменять толщину пластинки. Все пластины сошлифованы перпендикулярно оптической оси кварца.

Компенсатор Солейля используется для измерения малых углов

вращения. При раздвижении клиньев уменьшается толщина левого

кварца и тем самым плоскость колебаний поворачивается вправо.

Сдвигая клинья, увеличивают толщину левого кварца и вызывают,

следовательно, левое вращение.

Внизу корпуса сахариметра имеется головка кремальеры,

соединенная с левым кварцем, ее вращением перемещаются

левые кварцевые клинья, связанные со шкалой сахариметра.

Угол вращения плоскости колебаний находят по перемещению,

отсчитываемому по шкале, скрепленной с клином и

проградуированной в условных единицах.

Применение такого компенсатора дает возможность определять

велечину угла поворота как при правом, так и при левом вращении

и, кроме того, пользоваться для освещения не монохроматическим,

абелым светом.

Всахариметре, используемом в данной работе, шкала прибора проградуирована в условных единицах "сахарной шкалы" : 100

градусов по данной шкале соответствует 34,6 круговых градуса.

По углу вращения плоскости поляризации определяют

содержание сахарозы в растворе в процентах

http://www.mitht.ru/e-library

- 29-

О,346а
O,666d'	(3.2)

где а -отсчет угла поворота по шкале сахариметра,

d - длина трубки, выраженная в дециметрах.

Во внешней части корпуса сахариметра расположены два

окуляра зрительной трубы 3: нижний - для наблюдения поля

зрения, верхний - для отсчета по шкале прибора (на рис.3.2. не показаны).

Ш к а л а прибора состоит из двух частей : н и ж н е й - основной

подвижной шкалы отсчета и в е р х н е й - неподвижной шкалы н о н

и у с а (риС.З.б.).

На риС.З.б изображена измерительная шкала и указаны

примеры отсчетов по ней для правовращающего и

левовращающего вещества.

I~	О	IO	IO	О	IG
1, 'I ! 1" I , It \ I		,"!I r	1, ,,,~(I'111,,I ~, I ',)
":I~'	,I", '1'" I	"j I	Г""	"'111.1"'1
о	10	20	I	- о +
	а			(5

Рис.З.б. Шкала прибора : внизу - основная шкала, вверху­

шкала нониуса;

а) отсчет + 11,4; б) отсчет -5,З;

http://www.mitht.ru/e-library

- 30-

Так как данный прибор предназначен для измерения как

правого так и левого вращения, основная шкала и шкала нониуса

имеют деления как справа, так и слева от нуля. Если ноль нониуса

находится с n р а в а от нуля основной шкалы, отсчет следует

считать положительным. Отсчет целых делений производят по

нижней основной шкале относительно нуля нониуса, отсчет

десятых долей деления производят по делению нониуса с n р а в о

й стороны от его нуля и совпадающему с делением основной

шкалы. В этом случае вещество является правовращающим

(рис.З.б,а).

Если нуль нониуса находится с л е в а от нуля основной шкалы,

отсчеты следует считать отрицательными и отсчет десятых долей

деления производят по делению нониуса, расположенного с л е в а

от его нуля и совпадающего с делением основной шкалы

(рис.З.б,б).

В начале работы вращением головки винта внизу корпуса

сахариметра необходимо добиться равной освещенности обеих

половин поля зрения без трубки с оптически активным веществом и

определить положение нуля нониуса (поправку).

Затем вставляют в камеру 1 трубку с раствором оптически

активного вещества. Вращением винта снова добиваются равной

освещенности обеих половин поля зрения и производят отсчет по

шкале.

http://www.mitht.ru/e-library