|
Поляриметрия – методы исследования вещества, основанные на измерении угла поворота плоскости поляризации света оптически активными средами.
Согласно электромагнитной теории света световые волны являются поперечными волнами, т. е. колебания их происходят в плоскости, перпендикулярной к направлению луча. У естественного луча колеба-
ния происходят во всех плоскостях, перпендикулярных к его направлению. При прохождении света через различные кристаллы оказывается, что решетки некоторых из них пропускают лучи только определенного направления колебания. При выходе из кристалла колебания луча происходят уже в одной плоскости. Луч, колебания которого происходят только в одной плоскости, называется поляризованным лучом; плоскость, в которой происходят колебания луча, – плоскостью колебания поляризованного луча, а плоскость, перпендикулярная к ней, – плоскость поляризации. Все вещества и растворы могут быть разделены на две категории в зависимости от их отношения к поляризованному свету. Вещества, способные вращать плоскость поляризации луча поляризованного света, являются оптически активными веществами, другие – оптически неактивными.
При прохождении поляризованного света через оптически активную среду может возникнуть два эффекта:
· изменение направлений колебаний – вращение плоскости поляризации;
· разложение плоскополяризованного луча на два компонента, обладающих вращением в разные стороны.
Оптическая активность веществ обуславливается двумя факторами: особенностями кристаллической решетки вещества и особенностями строения молекулы вещества. В зависимости от этих факторов оптически активные вещества разделяют на два типа.
К первому типу относят твердые вещества – кристаллы (например, кварц). Оптическая активность некоторых кристаллических осадков используется в кристаллохимии для определения отдельных ионов. Особенно широко используется вращение плоскости поляризации кристаллами в микроскопической технике. Кристаллы бывают право- или левовращающие. Эти оптические показатели являются важными характеристиками кристаллов.
Вещества второго типа проявляют активность только в растворенном или газообразном состоянии. Оптическая активность их обусловлена особенностями строения молекул. К ним относятся в основном органические вещества: глюкоза, винная кислота, морфин и др. Оптически активные молекулы не имеют центра и плоскости симметрии.
Вращение плоскости поляризации может происходить по часовой стрелке и наоборот. В первом случае вращение называется правым и удельное вращение плоскости поляризации считается положительным, а во втором случае – левым и удельное вращение плоскости поляризации считается отрицательным.
Удельное вращение плоскости поляризации зависит от природы вещества, длины волны поляризуемого света и температуры. С увеличением длины волны удельное вращение плоскости поляризации уменьшается. С увеличением температуры удельное вращение плоскости поляризации увеличивается. Поэтому все исследования вращения плоскости поляризации должны относиться к определенным значениям длины волны и температуры.
Для растворов, оптическая активность которых обусловлена молекулярным строением растворенного вещества, удельное вращение плоскости поляризации зависит также от концентрации раствора и от растворителя, в котором растворено исследуемое вещество.
В некоторых случаях наблюдается изменение удельного вращения плоскости поляризации от времени. Это явление называется мутаротацией и связано с переходом одной оптической формы растворенного вещества в другую.
В сахарной промышленности поляриметрический метод применяют для определения содержания сахаристых веществ. В масложировой промышленности он используется совместно с рефрактометрическим методом для идентификации масел. Некоторые масла, обладаю-
щие одинаковыми показателями преломления, имеют резко отличаю-
щиеся значения удельного вращения плоскости поляризации. Например, мятное и укропное масла имеют одинаковый показатель преломления, равный 1,486, а удельное вращение плоскости поляризации мятного масла достигает минус 34, укропного – плюс 170.
В фармацевтическом производстве поляриметрия используется для идентификации некоторых лекарственных средств.
Для определения смесей некоторых оптически активных веществ предложен спектрополяриметрический метод, в котором удельное вращение плоскости поляризации устанавливают в зависимости от длины волны.
Для измерения угла поворота плоскости поляризации монохроматического света, проходящего через оптически активные вещества, применяют поляриметр. Поляриметры делят на визуальные и фотоэлектрические в зависимости от типа измерительного элемента-ана-
лизатора (глаз или фотоэлектрический приемник), который реагирует на изменение интенсивности света.
Исследуемое вещество помещают между полутеневым поляризатором (устройством, создающим поляризованный свет), состоящим из двух половин (рисунок 6.4), и анализатором. Измерение угла вращения сводится к повороту плоскости поляризации анализатора до визуального выравнивания яркостей двух половин поля зрения в окуляре отсчетного устройства. Если плоскость поляризации анализатора АА перпендикулярна биссектрисе угла 2 (рисунок 6.4а), обе половины (I и II) поля зрения имеют одинаковую полутеневую освещенность (отсюда название – полутеневой поляризатор). При повороте анализатора и изменении положения плоскости АА относительная освещенность половин поля зрения резко меняется (рисунок 6.4б и 6.4в). Измеряемый угол считывают со шкалы отсчетного устройства.
Рисунок 6.4 – Полутеневые поляризаторы (Р1 и Р2 – плоскости поляризации двух половин поляризатора, 2 – угол между ними)
Методика визуальной регистрации угла поворота плоскости поляризации достаточно чувствительна, что позволяет использовать полутеневые поляриметры для физических исследований. В автоматических поляриметрах измерение угла осуществляется с помощью электронных систем, их пороговая чувствительность достигает 10–7 градусов.
К поляриметрам относят также приборы для определения степени поляризации частично поляризованного света.
Do'stlaringiz bilan baham: |
