Теоретическое введение. Приборы и принадлежности: поляриметр, кюветы с раствором сахара различной концентрации

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРА В РАСТВОРЕ ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА

Приборы и принадлежности: поляриметр, кюветы с раствором сахара различной концентрации.

Цель работы: изучение свойств поляриметра и определение концентрации сахара.

Свет представляет собой электромагнитную волну. Химическое и биологическое действие света в основном связано с электрической составляющей поля электромагнитной волны, поэтому вектор напряженности электрического поля называют световым.

Естественный свет представляет собой совокупность волн, излучаемых множеством атомов и молекул источника света Колебания световых векторов происходят во всевозможных направлениях, и поэтому плоскость их колебания постоянно меняет свое положение в пространстве.

Если же направление колебаний светового вектора упорядочено каким-либо образом, то свет называют поляризованным. При некоторых условиях можно получить свет, в котором плоскость колебания вектора E занимает постоянное положение в пространстве. Такой свет называется плоскополяризованным. Плоскость, в которой происходят колебания вектора Е, называется плоскостью поляризации. Глаз не отличает естественный свет от поляризованного, но имеется целый ряд явлений, свойственных только поляризованному свету, благодаря которым он обнаруживается.

_Поляризованный свет можно получать из естественного с помощью поляризаторов (призма Николя, поляроид и т.д.). Они пропускают колебания, параллельные только одной главной плоскости, и полностью задерживают колебания перпендикулярные этой плоскости.

Чтобы исследовать, является ли свет плоскополяризованным. на пути лучей ставят второй поляризатор, который называется анализатором, указывая этим, что он используется не только для получения, а для анализа поляризованного света.

Пусть колебания поляризованной световой волны совершаются в плоскости, составляющей угол φ с главной плоскостью анализатора. Амплитуду этих колебаний А можно разложить на две взаимно перпендикулярные составляющие: A₁ - совпадающую с главной плоскостью анализатора и А₂ - перпендикулярную ей

A₁= A cos φ, А₂= A sin φ. (1)

Первая составляющая колебаний пройдет через анализатор, вторая будет задержана им. Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды. Следовательно, интенсивность света, прошедшего через анализатор, пропорциональна А²соз²φ

J= J₀ соs²φ, (закон Малюса) (2)

где J₀ - интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор; φ - угол между плоскостью поляризации падающего света и плоскостью анализатора

После прохождения естественного света через поляризатор, свет становится поляризованным. Если плоскости поляризатора и анализатора параллельны, те. φ=0. π, cos φ = ±1, то экран, помещенный за анализатором будет максимально освещен. Если φ = π/2, Зπ/2, cos φ = 0 (поляризатор и анализатор скрещены), то экран будет темным. При прохождении поляризованного света через некоторые вещества наблюдается явление вращения плоскости поляризации. Такие вещества называются оптически активными. К их числу относят кристаллические вещества (кварц, киноварь и др.), чистые жидкости (скипидар, никотин и др.) и растворы некоторых веществ (водные растворы сахара, винный спирт и др.).

В растворах угол а поворота плоскости поляризации пропорционален пути луча в растворе L и концентрации С раствора:

а=[а_о]С L, (3)

где [а_о] - удельное вращение. Оно обратно пропорционально квадрату длины волны, зависит от природы веществ и температуры, и числено равно увеличенному в 100 раз углу поворота плоскости поляризации слоем раствора, толщиной 10 см при концентрации вещества 1г на 100 см раствора, температуре 20^о С и длине волны света 589 см. При пропускании поляризованного света через раствор оптического активного вещества плоскости поляризации волн различной длинны будут поворачиваться. В зависимости от положения анализатора проходят лучи разной окраски. Это явление называется враща­тельной дисперсией.

Если между скрещенными поляризатором и анализатором поместить кювету с раствором оптически активного вещества, то поле зрение просветляется. Чтобы снова получить полностью затемненное поле зрения, необходимо анализатор повернуть на угол поворота плоскости поляризации света при прохождении через кювету с раствором. Зная удельное вращение данного вещества и длину кюветы можно определить концентрацию раствора:

C = a/[a₀]L. (4)

Метод, применяемый при качественном и количественном анализе различных веществ с помощью поляриметра, называется поляриметрией. Он широко применяется в медицине в биологии (например, для определении оптической активности сывороточных белков с целью диагностики рака). В клинической практике, например, для определения количества сахара в моче. Прибор применяемый для этой цели называется сахарометром.

Дата добавления: 2014-12-25