Лабораторная работа 41. Изучение вращения плоскости поляризации с помощью полутеневого поляриметра

Целью настоящей работы является проверка закона Био и определение неизвестной концентрации раствора сахара с помощью полутеневого поляриметра.

Данный способ измерения концентрации раствора по вращению плоскости поляризации широко применяется в лабораториях химической и пищевой промышленности.

Измерение угла поворота плоскости поляризации при помощи установки анализатора на темноту поля зрения в присутствии и отсутствии оптически активного вещества крайне приближенно, т.к. человеческий глаз не может точно определить положение, в котором анализатор установлен на полное затемнение поля зрения. Поэтому при измерении применяются полутеневые поляриметры, которые устанавливаются на равное освещение двух половин поля зрения.

Анализатор полутеневого поляриметра состоит из двух половин. Их оси пропускания ОА₁ и ОА₂ составляют угол 2j между собой (рис. 5).

Если вектор Епадающего на анализатор поляризованного света направлен по биссектрисе ОО этого угла (рис. 5б), то обе половины анализатора будут освещены одинаково:

. (7)

Допустим, что такая картина наблюдается без оптически активного вещества. При помещении в поляриметр правовращающих веществ вектор Еповорачиваетсяна угол a по часовой стрелке (рис. 5в), и половины анализатора оказываются различно освещенными:

(8)

. (9)

Рис. 5. Нарушение равенства освещенностей полей зрения полутеневого поляриметра при повороте плоскости поляризации на угол a.

Соответствующая картина наблюдается при помещении в поляриметр левовращающих оптически активных веществ (рис. 5а).

При малом значении угла j даже небольшой поворот на угол a приводит к заметному нарушению равенства освещенностей обоих полей.

Простейший полутеневой анализатор можно получить, если обычную поляризационную призму (см. рис.4) разрезать вдоль по главному сечению, сошлифовать у каждой половинки по клинообразному слою около 2,5⁰ и вновь склеить (рис.6, см. также рис.4 б).

Рис.6. Полутеневой анализатор. Штрихпунктирная линия задает направление оптической оси.

Вращение плоскости поляризации активным веществом может быть скомпенсировано поворотом анализатора вокруг направления луча. Но анализатор может быть и неподвижным. В этом случае компенсация достигается введением перед анализатором кварцевой пластинки переменной толщины (клин 4, рис.8), которая способна повернуть плоскость поляризации в обратную сторону. Этим добиваются того, чтобы вектор Е падающей на анализатор световой волны оказался направленным по биссектрисе ОО (рис.5), и освещенность половин анализатора вновь стала одинаковой.

Описание прибора.

Полутеневой поляриметр, как и всякий поляризационный прибор, состоит из двух основных частей (рис.7): узла поляризатора 5 и узла анализатора 4, между которыми находится камера 6 для кюветы с оптически активным веществом.

На передней части прибора расположены окуляр 1 для наблюдения поля зрения и окуляр 2 для отсчета показаний шкалы в градусах. С помощью винта 3 перемещается кварцевый клин и отсчетная шкала.

Оптическая схема прибора представлена на рис. 8. Узел анализатора (I) имеет две диафрагмы А и Б, подвижный окуляр 1 и склеенный объектив 2 зрительной трубы, анализатор 3, подвижный кварцевый клин 4, с которым связана отсчетная шкала, Узел поляризатора (II) имеет две диафрагмы В и Г, поляризатор 5, конденсорные линзы 6 и 7. Между узлами поляризатора и анализатора в камере помещается поляриметрическая трубка 8.

Рис. 7. Внешний вид полутеневого поляриметра.