Определение концентрации поляриметром

Федеральное агентство по образованию 

Вологодский государственный технический университет 
 

Кафедра БМТ 
 
 
 
 
 
 
 

Лабораторная  работа №

«Определение концентрации сахара в растворе поляриметром» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнили:

Студентки группы ИМ-31

Вашкевич  К.

Служителева Н. 

Проверил:

Умаров  М.Ф. 
 
 
 
 
 
 

Вологда

2011

Цель  работы: изучение принципа работы поляриметров, определение удельного вращения растворов сахара, определение концентрации сахара в растворе, исследование зависимости удельного вращения от длины волны. 

Приборы и принадлежности: поляриметр, кюветы с растворами сахара, набор светофильтров. 
 

Что такое естественный и поляризованный свет?

Естественный (неполяризованный свет) - это оптическое излучение с быстро и беспорядочно изменяющимися направлениями напряжённости электромагнитного поля, причём все направления колебаний, перпендикулярные к световым лучам, равновероятны. Соответственно, при разложении пучка естественного света на два линейно поляризованных пучка в любых двух взаимно перпендикулярных направлениях возникают две равные по интенсивности некогерентные компоненты исходного пучка. Многие источники света (раскалённые тела, светящиеся газы) испускают свет, близкий к естественному свету, но всё же обычно в небольшой степени поляризованный. Весьма близок к естественному свету прямой солнечный свет. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Свет, в котором плоскость колебания вектор Е (и, следовательно, Н) занимает постоянное положение в пространстве, называется плоско поляризованным. 

Способы получения поляризованного света.

Существует несколько способов получения и анализа поляризованного света.

1. Поляризация  при помощи поляроидов. Поляроиды  представляют собой целлулоидные  пленки с нанесенным на них тончайшим слоем кристалликов сернокислого нодхинина. Применение поляроидов является в настоящее время наиболее распространенным способом поляризации света.

2. Поляризация     посредством отражения. Если естественный луч света падает на черную   полированную   поверхность,  то  отраженный луч   оказывается

частично поляризованным. В качестве поляризатора и анализатора может быть употреблено зеркальное или достаточно хорошо отполированное  обычное   оконное   стекло, зачерненное с одной стороны асфальтовым лаком. Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан угол падения. Для стекла угол падения равен 57°.

3.Поляризация     посредством п р е л о м л е н и я. Световой луч   поляризуется не только при отражении, но и при преломлении. В этом случае в качестве поляризатора и анализатора используется стопка сложенных вместе 10—15 тонких стеклянных пластинок, расположенных к падающим на них световым лучам под углом в 57°. 
 
 
 

В чем заключается явление двойного лучепреломления? 

Фундаментальным свойством световых лучей при их прохождении в кристаллах

является двойное лучепреломление, явление которое объясняется особенностями

распространения света в анизотропных средах. Если на кристалл исландского шпата направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу.

Даже в том  случае, когда первичный пучок  света падает на кристалл нормально, преломленный пучок разделяется на два, причем один из них является продолжением первичного, а второй отклоняется. Первый луч получил название, а второй –необыкновенного. Направление в кристалле, по которому луч света распространяется не испытывая двойного лучепреломления, называется оптической осью кристалла. А плоскость, проходящая через направление луча света и оптическую ось кристалла, называется главной плоскостью (главным сечением) кристалла. Раздвоение луча в кристалле всегда происходит в главной плоскости. Так как при вращении кристалла вокруг падающего луча главная плоскость поворачивается в пространстве, то одновременно поворачивается и необыкновенный луч.

Изобразите ход лучей в призме Николя.                            

Призма Николя представляет собой две одинаковые треугольные призмы из исландского шпата, склеенные тонким слоем канадского бальзама. Призмы вытачиваются так, чтобы торец был скошен под углом 68° относительно направления проходящего света, а склеиваемые стороны составляли прямой угол с торцами. При этом оптическая ось кристалла (AB) находится под углом 64° с направлением света.

 
 
 
 

Апертура полной поляризации призмы составляет 29°. Особенностью призмы является изменение направления выходящего луча при вращении призмы, обусловленное преломлением скошенных торцов призмы. Призма не может применяться для поляризации ультрафиолета, так как канадский бальзам поглощает ультрафиолет.

Закон Малюса.

МАЛЮСА ЗАКОН - зависимость интенсивности линейно поляризованного света после его прохождения через анализатор от угла φ между  плоскостями поляризации падающего света и анализатора.

I=I₀cos²φ

I₀ – интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор;

 I- интенсивность поляризованного света, выходящего из анализатора;

 φ – угол между плоскостью поляризации падающего света и плоскостью анализатора.

Если плоскость поляризатора и анализатора параллельны, φ =0, π, то  экран за анализатором будет максимально освещенным. Если φ= π/2, 3π/2, то экран будет темным.

Какие вещества называются оптически активными?

При прохождении поляризованного света через некоторые вещества наблюдается вращение плоскости поляризации. Такие вещества называются оптически активными. К их числу относят кристаллические тела(кварц, киноварь), чистые жидкости(скипидар, никотин) и  растворы некоторых веществ(водные растворы сахара, винной кислоты).

Оптическая схема поляриметра.

Схема полутеневого поляриметра: 1 - источник света; 2 - конденсор; 3-4 - полутеневой поляризатор; 5 - трубка с исследуемым оптически активным веществом; 6 - анализатор с отсчётным устройством; 7 - зрительная труба; 8 - окуляр отсчётного устройства. 
 
 
 

Назначение основных элементов поляриметра и принцип его действия.

Источник света — чаще это натриевая или лампа накаливания с тепловым экраном для защиты образца от ИК излучения (для твердых деталей важно избегать термических деформаций, для жидкостей, — градиента плотности) и матовым стеклом дающим равномерную засветку наблюдаемой области.

Светофильтр — элемент, выделяющий определенную область в спектре, тк наблюдать приходится монохроматический свет. Таким элементом может быть пластина из фильтрующего вещества или призма.

Двух поляризаторов расположенных по обе стороны от анализируемого образца. Часто, один из них, это поляроид, а второй либо поляроид, либо склеенная призма из исландского шпата.

Пластин-компенсаторов, толщиной кратной длине волны  или четверть-волны, для подбора  метода измерений.

Измерительное устройство — лимб или электронный датчик.

Принцип действия поляриметра основан на взаимодействии поляризованного света с растворами веществ и измерении угла поворота плоскости поляризации, зависящего от концентрации оптически активного вещества.

Применение поляриметров.

Применяется в лабораториях пищевой, химической промышленности и других отраслях науки и производства для определения концентрации растворов оптически активных веществ, таких как сахар, глюкоза, белок, по углу вращения плоскости поляризации. Рекомендуется больным сахарным диабетом для индивидуального контроля содержания сахара в моче. Также позволяет наблюдать и измерить остаточные напряжения в стекле.