Оптически активные среды

Существует ряд веществ, вращающих плоскость поляризации линейно поляризованного света и получивших название оптически активных. К оптически активным веществам относятся как твердые тела (кварц, киноварь, сахар и др.) так и многие жидкости (скипидар, водный раствор сахара, никотин, винная кислота и др.)

Измерение вращения плоскости поляризации в оптически активных веществах является широко распространенным аналитическим методом в ряде промышленных областей, в медицине и др. Вращение плоскости поляризации обусловлено особенностями структуры оптически активных веществ.

На эффекте вращения плоскости поляризации света основан простой и весьма точный метод определения концентрации растворов оптически активных веществ. Прибор, служащий для этих целей, называется поляриметром. На рис. 4 дана принципиальная оптическая схема поляриметра, а на рис. 5 – его внешний вид.

Рис. 4

Рис. 5

Естественный свет от источника S, пройдя через светофильтрF, становится монохроматическим. После прохождения через поляризатор Р, в качестве которого используется призма Николя, свет превращается в линейно поляризованный с колебаниями вектораЕв главной плоскости поляризатора (на рис. 4 это показано двойной стрелкой). Наблюдая в окулярL1поляриметра (рис. 5), поворачивают анализатор А рукояткойRтак, чтобы свет не проходил через него – прибор установлен «на темноту». В этом случае главные плоскости поляризатора и анализатора взаимно перпендикулярны. Затем по-

мещают между ними трубку Т с раствором сахара. При этом поле зрения окуляра L₁просветлеет, поскольку раствор повернет плоскость колебаний поляризованного света на некоторый уголj, и она уже не будет перпендикулярна главной плоскости анализатора. Очевидно, что на тот же самый уголj нужно повернуть анализатор, чтобы вновь установить прибор «на темноту». Углы поворотаj анализатора отсчитывают по шкале, наблюдаемой через лупуL₂.

Для растворов оптически активных веществ угол поворота j плоскости поляризации света пропорционален толщинеlслоя раствора и его концентрацииc:

, (1)

где j₀ – удельное вращение.

Удельное вращение характеризует вращательную способность вещества. Для раствора удельное вращение j₀ равно углу, на который поворачивается плоскость поляризации линейно поляризованного света, проходящего через слой раствора единичной толщины и единичной концентрации. Удельное вращение зависит от рода вещества и вида растворителя, температуры раствора, длины волны света.

Для раствора исследуемого вещества удельное вращение j₀ находится по углу поворотаj₁плоскости поляризации света раствором этого же веществаизвестной концентрациис₁в трубке известной длиныl₁по формуле:

(2)

По известному удельному вращению j₀ можно путем измерения угла поворотаj₂ плоскости поляризации света исследуемым раствором определить его неизвестную концентрациюс₂:(3)