Поляризация при поглощении

Одним из источников поляризованного света являются пленки, в которых используется эффект, называемый дихроизмом, т.е. свойством сильнее поглощать один из лучей.

В пластинке турмалина толщиной 1 мм обыкновенный луч практически полностью поглощается, и вышедший свет плоскополяризован. Такие устройства, называемые поляроидами, могут работать как поляризаторы. Поляризатор также может использоваться как анализатор.

Если плоскополяризованный свет падает на анализатор, интенсивность света, вышедшего из анализатора, равна интенсивности света, падающего на анализатор, умноженная на квадрат косинуса угла между оптическими осями анализатора и поляризатора.

Закон Малюса:

где:

I₀ - интенсивность падающего света на анализатор,

I - интенсивность света вышедшего из анализатора,

j - угол между плоскостями поляризатора и анализатора.

При прохождении плоскополяризованного луча через оптически активные вещества наблюдается вращение плоскости поляризации.

В общем случае вращение плоскости поляризации подчиняется закону Био.

,

где:

a₀ - удельная постоянная вращения,

c - концентрация вещества,

l - толщина слоя раствора,

l - длина волны.

Для устранения явления вращательной дисперсии, т.е. зависимости угла вращения от длины волны, в приборах используется светофильтр. Тогда

,

где a₀ - удельная постоянная вращения, равная увеличенному в 100 раз углу поворота плоскости поляризации слоем раствора толщиной 1 дм при концентрации вещества 1 г на 100 см³ раствора, температуре 20⁰C и длине волны света l= 589 нм.

Полученное соотношение лежит в основе метода измерения концентрации оптически активных веществ. Этот метод (поляриметрии или сахариметрии) широко используют в медицине для определения концентрации сахара в моче, в биофизических исследованиях, а также в пищевой промышленности.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРИБОРА

Поляриметр (рис. 1) состоит из головки анализатора (6) с отсчетной лупой (8), поляризатора (2) с зеркалом (1) и подставки (9).

В разрез трубы (7), соединяющей головку анализатора с поляризационным устройством, устанавливается кювета для растворов (3). Зрительная труба служит для наблюдения двойного поля и состоит из объектива (5), окуляра (6), муфты анализатора (4).

Рис. 1.

На рисунке 2 представлена оптическая система поляриметра: 1 - зеркало направляет световой пучок из источника света в оптическую систему; поляризационное устройство состоит из светофильтра 2 и поляриметра 3; 4 - кварцевая пластинка с диафрагмой, выделяющая среднюю область пучка; 5 - кювета; 6 - анализатор из поляроидной пленки; 7 – объектив; 8 - окуляр.

Рис. 2.

Измерения производятся по градусной шкале (рис. 3), которая состоит из неподвижного лимба (верхние 20 делений вправо и влево) и подвижного нониуса (нижние деления). Цена деления лимба 1⁰, цена деления нониуса 0,1⁰.

Ноль нониуса показывает целые значения в градусах на лимбе, десятые градуса снимают по штриху нониуса, совпадающему с каким-либо штрихом лимба. В данном случае (рис. 3) значение равно 3,5⁰.

Рис. 3.

Перемещением окуляров зрительной трубы и отсчетной лупы добиться резкого и четкого изображения линий раздела поля зрения и отсчетного устройства. Вращением анализатора можно уравнять яркости частей поля при больших и меньших яркостях, но измерение производить только при чувствительном положении анализатора, которое характеризуется тем, что части поля уравнены при минимальных яркостях. Незначительное вращение анализатора вызывает резкое нарушение равенства яркостей различных частей поля.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какая световая волна называется плоскополяризованной?

2. Чем отличается естественный свет от плоскополяризованного?

3. Что называется плоскостью поляризации?

4. Какой свет - естественный или поляризованный - излучают отдельные атомы?

5. Что такое световой вектор?

6. Что такое поляризатор? Что такое анализатор?

7. Сформулируйте и запишите закон Брюстера.

8. Запишите и сформулируйте закон Малюса.

9. В результате каких явлений может наблюдаться плоская поляризация света (частичная или полная)?

10. В чем состоит явление двойного лучепреломления?

11. Какой луч называется обыкновенным?

12. Какой луч называется необыкновенным?

13. Что такое оптическая ось кристалла?

14. Какие плоскости в кристалле называются главными?

15. В чем проявляется сходство и различие обыкновенной световой волны и необыкновенной световой волны?

16. Что представляет собой призма Николя?

17. Объясните ход лучей в призме Николя.

18. В чем состоит явление дихроизма и для чего оно используется?

19. Какие вещества называются оптически активными? Что к ним относится? Для чего используется их основное свойство?

20. Сформулируйте и запишите закон Био.

21. Что называется удельной постоянной вращения вещества? В каких единицах она измеряется? От чего зависит?

22. Для какой цели при работе с поляризованным лучом применяется источник монохроматического света или устанавливается светофильтр?

23. Каково назначение поляриметра?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Последовательность действий	Способ выполнения задания
1. Изучение устройства поляриметра.	1. Рассмотрите оптическую схему медицинского поляриметра, найдите основные узлы прибора.
2. Подготовка поляриметра к работе. Определение нулевого отсчета прибора (без кюветы).	1. Протрите все оптические детали прибора салфеткой, промойте кювету и покровное стекло. 2. С помощью осветителя, зеркала и окуляра настройте прибор на максимальную резкость и яркость шкалы нониусов и поля, разделенного на 2 части. 3. Вращением муфты анализатора (6) добейтесь равенства яркостей частей поля зрения (в чувствительном положении). 4. Произведите отсчет показаний n0. Значение n0 снимать не менее 5 раз. За истинное значение принять среднее значение n0.
	ЗАДАНИЕ № 1
3. Исследование оптической активности дистиллированной воды.	1. Наполните кювету дистиллированной водой (вливать жидкость в вертикальном положении) до появления выпуклого мениска. При помощи покровного стекла накрыть мениск, избегая появления воздушных пузырьков, навинтить крышку кюветы, избегая повреждения покровного стекла. 2. Вставить кювету в прибор. 3. Глядя в окуляр, сделайте вывод об оптической активности дистиллированной воды, сравнивая картину нулевого положения и полученного с кюветой.
ПРИЛОЖЕНИЕ. В случае нарушения резкости изображения муфтой анализатора (6) восстановите четкое изображение.
	ЗАДАНИЕ № 2
4. Исследование оптической активности растворов глюкозы.	1. Заполните кювету раствором глюкозы любой концентрации. 2. Вставьте кювету в прибор. 3. Произведите настройку на резкость. 4. Сделайте вывод об активности вещества, сравнив картинки.
ЗАДАНИЕ № 3
5. Определение концентрации растворов глюкозы.	1. Произвести измерение для всех растворов известной концентрации по схеме ООД, п. 4. 2. Занести результаты в таблицу, произвести расчет концентраций по среднему значению по формуле: С% № n1 n2 n3 n4 n5 nср. 2%             4%             6%               3. Произвести измерение раствора неизвестной концентрации, произвести расчет концентрации.
6. Сделайте вывод.