Вращение плоскости поляризации

Естественное вращение. Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них линейно поляризованного света. К числу таких веществ принадлежат кристаллические тела (например, кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты др.). Кристаллические вещества сильнее всего вращают плоскость поляризации в случае, когда свет распространяется вдоль оптиче-

ской оси кристалла. Угол поворота j пропорционален пути d, пройденному лучом в кристалле:

(13.2)

Коэффициент a называют удельной постоянной вращения. Эта постоянная зависит от длины волны (дисперсия вращательной способности). В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути света в растворе l и концентрации активного вещества с:

(13.3)

Здесь a— величина, называемая удельной постоянной вращения. В зависимости от направления вращения плоскости поляризации оптически активные вещества подразделяются на п р а в о- и левовращающие. Направление вращения (относительно луча) не зависит от направления луча. Поэтому, если луч, прошедший через оптически активный кристалл вдоль оптической оси, отразить зеркалом и заставить пройти через кристалл еще раз в обратном направлении, то восстанавливается первоначальное положение плоскости поляризации. Все оптически активные вещества существуют в двух разновидностях — правовращающей и левовращающей. Существуют право и левовращающий кварц, право- и левовращающий сахар и т. д. Молекулы или кристаллы одной разновидности являются зеркальным отражением молекул или кристаллов другой разновидности (рис13.5).

рис.13.5

Буквами С, X, Y, Z и Т обозначены отличающиеся друг от друга атомы или группировки атомов (радикалы). Молекула б является зеркальным отражением молекулы а. Если смотреть на тетраэдр, изображенный на рис13.5, вдоль направления СХ, то при обходе по часовой стрелке будет иметь место чередование ZYTZ для молекулы а и ZTYZ для молекулы б. То же самое наблюдается для любого из направлений CY, CZ и СТ. Чередование радикалов X, Y, Z, Чередование радикалов X, Y, Z, Т в молекуле б противоположно их чередованию в молекуле а. Поэтому, если, например, вещество, образованное молекулами а, правовращающее, то вещество, образованное молекулами б, будет левовращающим. Молекулы аминокислот, входящие в состав живых систем на Земле, оптически активны и все лево- вращающие. Поскольку строение молекул, особенно органических веществ, очень сложно, возникают возможности образования многих различных пар оптических изомеров.

Если между двумя скрещенными поляризаторами поместить оптически активное вещество (кристалл кварца, прозрачную кювету с раствором сахара и т. п.), то поле зрения просветляется. Чтобы снова получить темноту, нужно повернуть один из поляризаторов на угол j, определяемый выражением 13.2 или 13.3 В случае раствора, зная удельную постоянную вращения [a] данного вещества и длину I, можно, измерив, угол поворота j, определить по формуле 13.3 концентрацию раствора с. Метод имеет многочисленные приложения. В частности, им пользуются для нахождения концентрации сахара в производственных растворах и биологических объектах (кровь, моча).

Конечно, такие измерения должны проводиться в стандартных условиях опыта (l= const; t = const) в спектральной области, далекой от собственных полос поглощения исследуемого вещества, так как в противном случае наблюдаются некоторые аномалии. Угол поворота плоскости поляризации j можно измерить с большой точностью (погрешность измерений ~0,01°). Для достижения такой точности используют дополнительные устройства (полутеневые анализаторы), в которых измерение угла вращения проводят уравниванием освещенности двух половин поля зрения. Подобный способ значительно освещенности двух половин поля зрения. Подобный способ значительно точнее обычного определения, при котором нужно заметить исчезновение света, прошедшего через скрещенные поляризаторы.

Дата добавления: 2014-01-14