3. Поляризация при прохождении света через поглощающие анизотропные вещества - поляроиды.

У некоторых двояко преломляющих кристаллов (турмалин, грапатит и др.) коэффициенты поглощения света для двух взаимно перпендикулярных поляризованных лучей сильно отличаются. При небольшой толщине кристалла выходит поляризованный свет. Это явление называется анизотропией поглощения, или дихроизмом. Так же действуют поляроиды - прозрачные пленки, содержащие определенным образом ориентированные мелкие кристаллы поляризующего свет дихроичного вещества, например, герапатит (сернокислый йодохинин).

Стеклянные (диэлектрические) пластинки, призма Николя, поляроиды служат для получения поляризованного света и называются поляризаторами. Всякий поляризатор может быть также использован для исследования поляризованного света. Его называют анализатором (см. рис.6а).

Рис. 6(а)

Рис.6(б)

Если плоскости пропускания поляризатора Q и анализатора Q₁ (плоскости изменения Е проходящего через них поляризованного света) параллельны, то свет, прошедший через поляризатор, будет проходить через анализатор не ослабляясь. В общем случае, когда плоскости пропускания Q и Q₁, составляют между собой некоторый угол, поляризованный свет будет частично проходить через анализатор. Амплитуда Еа световых колебаний, прошедших через анализатор (2), будет меньше амплитуды Еп световых колебаний, идущих от поляризатора (1) (рис.6б). Из рис. 6б видно:

Еа=Еп Cos α

Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды световых колебаний, то:

Ja=Jп Cos α - закон Малюса,

где Ja - интенсивность света, прошедшего через анализатор;

Jп - интенсивность света, прошедшего через поляризатор.

(если не учитывать потери интенсивности света на отражение и поглощение в анализаторе).

Используя закон Малюса, можно показать, что интенсивность света, прошедшего через поляризатор Jп равна (1/2)Jо, где Jо - интенсивность падающего на поляризатор естественного света. Некоторые вещества, называемые оптически активными, поворачивают (вращают) плоскость электрических колебаний поляризованного света, проходящего через них, не изменяя при этом амплитуды колебаний. Это явление называется вращением плоскости колебаний поляризованного света и обусловлено особенностями структуры активных веществ (асимметричным строением молекул, не имеющих ни центра симметрии, ни плоскости симметрии).

Плоскость поляризации вращают многие природные вещества: раствор сахара, углеводы, эфирные масла, гормоны, белки и входящие в их состав аминокислоты и т.п.

Вещества, поворачивающие плоскость колебаний по часовой стрелке (если смотреть навстречу лучу), называются правовращающими, а вещества, поворачивающие эту плоскость в противоположном направлении левовращающими.

Если поляризованный свет пройдет через оптически активное вещество расстояние l (рис.7), то плоскость колебаний повернется на угол φ, равный:

где - коэффициент, характеризующий вещество.

Для растворов угол вращения пропорционален еще и концентрации раствора - С:

(1)

где - удельное вращение, характеризующее растворенное вещество (зависит от длины волны проходящего света, а также температуры раствора).

Рис. 7

Это увеличенный в 100 раз угол вращения столба раствора длиной 1дм при концентрации 1г вещества в 100мл раствора.

На вращение плоскости колебаний поляризованного света основан простой и весьма точный метод определения концентрации растворов оптически активных веществ.