где [а] — «удельная постоянная вращения», численно рав¬ная
реклама
Лабораторная работа №11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА С ПОМОЩЬЮ САХАРИМЕТРА. [] — «удельная постоянная вращения», численно равная углу, на который поворачивается плоскость поляризации монохроматического света в растворе оптически активного вещества при единичной толщине его слоя (1 дециметр дм) и единичной концентрации. [α]= φ / С l Все оптически активные вещества существуют в двух видах: правовращающие, поворачивающие плоскость поляризации по часовой стрелке, и левовращающие, поворачивающие ее против часовой стрелки (если глядеть навстречу лучу). Численные значения постоянных вращения у обеих разновидностей одинаковые. Для наблюдения явления монохроматического света вращения слой плоскости оптически поляризации активного вещества помещают между двумя скрещенными николями П и А и пускают пучок параллельных лучей (рис. 1). При этом поле зрения оказывается светлым. Рис.1. На рис.1 стрелка соответствует направлению колебаний светового вектора поляризованной волны, выходя- щей из поляризатора. Стрелка А указывает направление колебаний, которые могут быть пропущены анализатором. В результате прохождения через слой оптически активного вещества плоскость поляризации на поворачивается угол направление вектора стрелка указывает колебаний на Очевидно, свет, и светового выходе из анализатор интенсивность вещества. пропустит которого будет определяться законом Малюса: l . Вращение плоскости веществами поляризации оптически активными используется при изучении структуры этих веществ, а также для определения и х концентрации в растворах. C l (1) Очевидно, что, зная удельную п’остоянную вращения [а] и толщину слоя активного ве шества l, можно, измерив угол поворота плоскости поляризации ф, найти неизвестную концентрацию С х . Соответствующие приборы называются поляриметрами. Во многих отраслях промышленности (например, в пищевой) они применяются для определения концентрации сахара в растворах. В последнем случае они называются сахариметрами. Целью настоящей работы является определение концентрации сахара в растворе с помощью сахариметра. П. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ Принципиально сахариметр может быть устроен по схеме, соответствующей рис. 1. Рис.2. Однако чувствительность такого прибора очень мала, так как установка на темноту не может быть осуществлена достаточно точно. Глаз человека хорошо чувствует различие в яркости двух соседних участков поля зрения. Поэтому, для увеличения чувствительности в установку вводят особое полутеневое устройство, которое делит пополам пучок света, выходящий из поляризатора. В таком случае поворотом анализатора добиваются не темноты, а равенства яркостей двух половин поля зрения. Полутеневым устройством может служить бикварц. Последний состоит из двух склеенных вместе полукруглых кварцевых пластин, вырезанных перпендикулярно оптической оси кристалла. Одна половина изготовлена из правовращающего, а другая из левовращающего кварца. Правовращающий кварц поворачивает плоскость поляризации луча, попадающего в него из поляризатора, на небольшой угол вправо. Соответственно, левовращающий кварц поворачивает ее на такой же угол влево. Таким образом, введение бикварца приводит к тому, что поле зрения оказывается разделенным пополам, причем при скрещенном положении поляризатора П и анализатора А обе половины поля зрения имеют одинаковую яркость. Однако, малейший поворот анализатора приводит к резкому потемнению одной из половин поля зрения и увеличению яркости другой. Если повернуть анализатор на такой же угол в другую сторону, то светлая половина станет темной, а темная — светлой (рис. 2.). Рис. 2. В сахариметре, используемом в настоящее время в нашей лаборатории, анализатор закреплен неподвижно, для определения угла поворота плоскости поляризации при прохождении света через кювету с раствором сахара в прибор встроен специальный компенсатор. Последний состоит из пластинки правого кварца и двух клиньев из левого кварца, вырезанных так же, как и в бикварце, перпендикулярно оптической оси. Сдвигая или раздвигая клинья, можно менять длину пути, проходимого лучом сквозь левый кварц. Смещение клиньев может быть отсчитано по шкале микрометрического устройства. Применение компенсатора позволяет работать в белом свете, так как кварц и сахар обладают почти одинаковой вращательной дисперсией. Расположение основных узлов сахариметра схематически представлено на рис. 3, где Об — объектив; П и А поляризатор и анализатор; Б — бикварц; Р — кювета с раствором сахара; К — кварцевый компенсатор; Ок — окуляр. Рис.3. Шкала прибора разбита на градусы специальной международной сахарной шкалы. Одно деление этой шкалы соответствует 0,34 угловому градусу. III. ПОРЯДОК РАБОТЫ 1. Включите источник света. Меняя положение окуляра Ок (выдвигая или вдвигая его), добейтесь четкого изображения линии раздела поля зрения. 2. Вращая микрометрический винт, находящийся под окуляром Ок, добейтесь одинаковой (минимальной) яркости обеих половин поля зрения. Снимите отсчет по нониусу Ко, Повторите определение К 0 еще четыре раза и найдите Ко ср. Результаты измерений занесите в табл. 1. Т а б л и ц а 1. К0 Номер К1 К2 К3 К4 К5 К6 К7 К8 измерения 1 2 3 4 5 Среднее 3. сахара Поместите в сахариметр кювету, заполненную раствором известной концентрации С. Добейтесь равномерной освещенности полей и снимите отсчет К. Повторите определение еще четыре раза и найдите Ко ср. Результаты измерений длины кювет, заполненных растворами разных концентраций, запишите в табл. 2, в соответствии с номером кюветы N. Таблица 2 Номер C, % l, дм С-1, %-дм φ , дел. φ , град. кюветы 1 2 3 4 5 6 4. Проделайте те же операции еще с пятью кюветами разной длины, заполненными растворами разных концентраций. Экспериментальные данные заносите в табл. 1 и 2. 5. Такие же измерения проделайте еще с двумя кюветами разной длины, заполненными растворами разных концентраций (С 7 х и C 8x), т. е. найдите К 6. 7СР и К 8СР. Найдите значения углов поворота плоскости поляризации (φ = K N ср — Ко ср) в делениях прибора, а затем выразите их в угловых градусах (табл. 2 и 3). Т а б л и ц а 3. Номер l, дм φ , дел. φ , град. С-1, %-дм C, % кюветы 7 8 7. По полученным данным постройте график зависимости угла поворота плоскости поляризации света φ от произведения длины кюветы на концентрацию раствора, т. е. φ = f ( C l ) . 8. Пользуясь графиком, найдите: а) значения неизвестных концентраций С7х и С8х; б) значение удельной константы вращения сахара [ а ] (на графике [а] соответствует угловому коэффициенту полученной прямой). III. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие электромагнитные волны называют световыми? Нарисуйте одну электромагнитную волну. 2. Чем отличается свет линейно поляризованный от света естественного? 3. В чем заключается и чем объясняется явление двойного лучепреломления? Что называется оптической осью кристалла и его главной плоскостью? 4. Каково устройство призмы Николя? Начертите ход лучей в главном сечении этой призмы. 5. Сформулируйте закон Малюса. 6. Какие вещества называют оптически активными? Чем отличается правовращающая форма оптически активного вещества от левовращающей? 7. От чего зависит угол поворота плоскости поляризации монохроматического света в оптически активном веществе? 8. Что характеризует удельная постоянная вращения? 9. В чем заключается явление вращательной дисперсии? 10. Нарисуйте принципиальную схему установки, позволяющей наблюдать вращение плоскости поляризации. 11. Начертите схему устройства сахариметра. Поясните назначение отдельных узлов.
