Špecifická rotácia roztoku. OFS.2.1.0018.15 Polarimetria

(POLARIMETRIA)

Optická rotácia je schopnosť látky otáčať rovinu polarizácie, keď ňou prechádza polarizované svetlo.

V závislosti od povahy opticky aktívnej látky môže mať rotácia roviny polarizácie rôzny smer a veľkosť. Ak sa od pozorovateľa, ku ktorému smeruje svetlo prechádzajúce cez opticky aktívnu látku, rovina polarizácie otáča v smere hodinových ručičiek, potom sa látka nazýva pravotočivá a pred jej názvom sa umiestni znamienko „+“; ak sa rovina polarizácie otáča proti smeru hodinových ručičiek, potom sa látka nazýva ľavotočivá a pred jej názvom sa umiestni znak „-“.

Veľkosť odchýlky roviny polarizácie od počiatočnej polohy, vyjadrená v uhlových stupňoch, sa nazýva uhol natočenia a označuje sa gréckym písmenom a. Veľkosť uhla natočenia závisí od povahy opticky aktívnej látky, dĺžky dráhy polarizovaného svetla v opticky aktívnom prostredí (čistá látka alebo roztok) a vlnovej dĺžky svetla. U roztokov závisí uhol rotácie od povahy rozpúšťadla a koncentrácie opticky aktívnej látky. Uhol natočenia je priamo úmerný dĺžke svetelnej dráhy v opticky aktívnom prostredí, t.j. hrúbka vrstvy opticky aktívnej látky alebo jej roztoku. Vplyv teploty je vo väčšine prípadov zanedbateľný.

Pre porovnávacie posúdenie schopnosti rôznych látok otáčať rovinu polarizácie svetla sa vypočítava hodnota špecifickej rotácie [a]. Špecifická rotácia je konštanta opticky aktívnej látky. Špecifická rotácia [a] sa určí výpočtom ako uhol natočenia roviny polarizácie monochromatického svetla po dráhe dlhej 1 dm v médiu obsahujúcom opticky aktívnu látku, pričom sa koncentrácia tejto látky podmienečne zníži na hodnotu rovnajúcu sa 1. g/ml.

Pokiaľ neexistujú špeciálne pokyny, stanovenie optickej rotácie sa vykonáva pri teplote 20 o C a pri vlnovej dĺžke čiary D sodíkového spektra (589,3 nm). Zodpovedajúca hodnota špecifickej rotácie je označená [a] D20. Niekedy sa na meranie používa zelená čiara ortuťového spektra s vlnovou dĺžkou 546,1 nm.

Pri stanovení [a] v roztokoch opticky aktívnej látky treba mať na pamäti, že zistená hodnota môže závisieť od povahy rozpúšťadla a koncentrácie opticky aktívnej látky. Výmena rozpúšťadla môže viesť k zmene [a] nielen vo veľkosti, ale aj v znamienku. Preto pri uvádzaní špecifickej hodnoty rotácie je potrebné uviesť rozpúšťadlo a koncentráciu roztoku zvolenú na meranie.

Hodnota špecifickej rotácie sa vypočíta pomocou jedného z nasledujúcich vzorcov.

Pre látky v roztoku (1):

kde a je nameraný uhol natočenia v stupňoch; l - hrúbka vrstvy v decimetroch; c je koncentrácia roztoku vyjadrená v gramoch látky na 100 ml roztoku.

Pre kvapalné látky (2):

kde a je nameraný uhol natočenia v stupňoch; l - hrúbka vrstvy v decimetroch; r je hustota kvapalnej látky v gramoch na 1 ml.

Špecifická rotácia sa určuje buď z hľadiska sušiny alebo zo sušenej vzorky, čo by malo byť uvedené v jednotlivých článkoch.

Uhol rotácie sa meria buď na posúdenie čistoty opticky aktívnej látky alebo na stanovenie jej koncentrácie v roztoku. Na posúdenie čistoty látky sa hodnota jej špecifickej rotácie [a] vypočíta pomocou rovnice (1) alebo (2). Koncentrácia opticky aktívnej látky v roztoku

nájdené podľa vzorca (3):

Pretože hodnota [a] je konštantná len v určitom koncentračnom rozsahu, možnosť použitia vzorca (3) je obmedzená na tento rozsah.

Uhol natočenia sa meria pomocou polarimetra, čo umožňuje určiť uhol natočenia s presnosťou +/- 0,02 stupňa.

Roztoky alebo kvapalné látky určené na meranie uhla natočenia musia byť priehľadné. Pri meraní by ste mali v prvom rade nastaviť nulový bod prístroja alebo určiť korekčnú hodnotu pomocou skúmavky naplnenej čistým rozpúšťadlom (pri práci s roztokmi) alebo prázdnou skúmavkou (pri práci s kvapalnými látkami). Po nastavení prístroja do nulového bodu alebo určení korekčnej hodnoty vykonajte hlavné meranie, ktoré sa opakuje aspoň 3x.

Na získanie hodnoty uhla natočenia a sa hodnoty prístroja získané počas meraní algebraicky kombinujú s predtým zistenou korekčnou hodnotou.

2. Pred pripojením zariadenia k sieti nastavte minimálnu citlivosť zariadenia otáčaním gombíka „Setup 100“ proti smeru hodinových ručičiek, kým sa nezastaví.

3. Skontrolujte zhodu nulovej polohy ručičky mikroampérmetra, v prípade potreby ju nastavte skrutkou 7 korektora (obr. 3).

4. Vložte zelený absorbér "3" s rukoväťou "Absorpce".

5. Pripojte zariadenie k sieti.

6. Otvorte kryt 1 fotoelektrokolorimetra a vyberte držiak kyvety.

7. Vyberte kyvetu „Solvent“, naplňte ju do 2/3 objemu vodou a umiestnite ju na miesto. Nainštalujte držiak kyviet do fotokolorimetra. Nezatvárajte veko kyvetovej komory.

8. Pomocou rukoväte 3 „Kyvety“ umiestnite kyvetu s rozpúšťadlom do dráhy svetelného toku.

9. Nastavte nulu na stupnici mikroampérmetra pomocou rukoväte 5 „Nastavenie 0“.

10. Zatvorte veko 1 priehradky na kyvetu a pomocou rukoväte 4 „Nastavenie 100“ nastavte ihlu mikroampérmetra na stotinu.

11. Otvorte veko 1 kyvetovej komory a vyberte držiak kyviet. Vyberte prázdnu kyvetu, naplňte ju do 2/3 objemu testovacím roztokom najnižšej koncentrácie a vymeňte ju.

N do tabuľky 1.

14. Otvorte veko 1 kyvetovej komory a vyberte držiak kyviet. Vyberte kyvetu s testovacím roztokom a nalejte ju do nádoby s roztokom rovnakej koncentrácie. Utrite kyvetu, naplňte ju do 2/3 nasledujúcim roztokom a vymeňte ju.

15. Umiestnite držiak kyvety do fotokolorimetra. Pomocou rukoväte 3 „Kyvety“ umiestnite kyvetu s testovacím roztokom do dráhy svetelného toku. Zatvorte veko kyvetovej komory.

16. Odčítajte na mikroampérmetrovej stupnici 6 a zapíšte N do tabuľky 1.

17. Opakujte kroky 14 – 16 so zostávajúcimi riešeniami.

18. Vykonajte ďalšie dve série pokusov podľa bodov 14 – 16 so všetkými roztokmi, začnite s roztokom najnižšej koncentrácie. Posledný roztok nezabudnite vypustiť.

19.Odpojte zariadenie od siete.

Spracovanie výsledkov meraní

akcií. Na priesečníku riadku a stĺpca sú uvedené zodpovedajúce hodnoty priepustnosti. Pri hľadaní hodnôt absorbancie zodpovedajúcich hodnotám priepustnosti menším ako 0,081 najprv zvýšte danú priepustnosť 10-krát, potom nájdite hodnotu absorbancie zodpovedajúcu získanej priepustnosti a k ​​tejto hodnote pripočítajte jednu.

3. Vypočítajte jeho absolútnu chybu pre všetky hodnoty D pomocou vzorca D | D av D meas | , nájdite priemernú hodnotu D,

zaznamenajte výsledky do tabuľky 1.

Poznámka. Ak je výsledok výpočtu absolútnej chyby optickej hustoty nula, potom akceptujte D 0,01.

4. Na základe priemerných hodnôt optickej hustoty D avg pre všetky

známe koncentrácie, berúc do úvahy jeho absolútnu chybu, zostrojte kalibračný graf D f (C).

5. Označte na grafe bod zodpovedajúci priemernej optickej hustote roztoku neznámej koncentrácie.

6. Vyznačte na grafe interval priemernej absolútnej chyby optickej hustoty roztoku neznámej koncentrácie.

7. Určte koncentráciu roztoku z grafu C x,

zníženie kolmice na príslušnú súradnicovú os.

8. Určte absolútnu chybu koncentrácie roztoku z grafu (pozri príklad na strane 15).

9. Určte relatívnu chybu pri určovaní koncentrácie neznámeho roztoku pomocou vzorca:

Kontrolné otázky

1. Aký je fenomén absorpcie svetla hmotou?

2. Čo je intenzita svetla? V akých jednotkách sa meria?

3. Aký zákon popisuje fenomén absorpcie svetla hmotou? Sformulujte ho a zapíšte matematicky.

4. Aký je fyzikálny význam absorpčného koeficientu? V akých jednotkách sa meria a ako sa označuje?

5. Čo je priepustnosť? V akých jednotkách sa meria a ako sa označuje?

6. Čo je to optická hustota? V akých jednotkách sa meria a ako sa označuje?

7. Sformulujte a napíšte Beerov zákon.

8. Formulujte a napíšte zákon Bouguer-Lambert.

9. Nakreslite optickú schému fotoelektrokolorimetra a popíšte účel jeho hlavných častí.

10. Aká je metóda stanovenia koncentrácie látky v roztoku pomocou fotoelektrokolorimetra.

Laboratórna práca č.5

STANOVENIE KONCENTRÁCIE CUKRU V ROZTOKU SUCHARIMETROM

Účel práce: študovať všeobecné vzorce polarizácie svetla; zoznámiť sa so štruktúrou a princípom fungovania sacharimetra; určiť koncentráciu cukru v roztoku a špecifickú rotačnú konštantu cukru.

Vybavenie: sacharimeter, kyvety s cukrovými roztokmi.

Základné teoretické informácie

Svetelné žiarenie je súčasťou širokého spektra elektromagnetických vĺn. Elektromagnetická vlna sa nazýva striedavé magnetické a elektrické polia, ktoré sa navzájom vytvárajú a šíria priestorom. Z elektromagnetickej teórie svetla vyplýva, že svetelné vlny sú priečne. V každom bode na línii šírenia takejto vlny, kolmo na jej smer

vyžarovanie elektromagnetickej svetelnej vlny.

Svetlo je celkové elektromagnetické žiarenie mnohých atómov svetelného zdroja. Atómy vyžarujú svetelné vlny nezávisle na sebe, preto sa svetelná vlna vyžarovaná telom ako celkom vyznačuje všetkými možnými rovnako pravdepodobnými ko-

Ryža. 2. Oscilácie svetelného vektora v prirodzenom (a) a polarizovanom (b) svetle

kolísanie vektora svetla. Svetlo so všetkými možnými smermi kmitov vektora svetla sa nazýva prirodzené (obr. 2 a).

Slnko, žiarovky, ortuťové výbojky a žiarivky sú zdrojmi prirodzeného svetla. Svetlo, v ktorom sú smery kmitov svetelného vektora nejakým spôsobom usporiadané, sa nazýva

polarizované (obrázok 2 b). Ak spolu-

fluktuácie svetelného vektora sa vyskytujú iba v jednej rovine,

Svetlo sa nazýva rovinne polarizované

kúpeľňa Rovina, v ktorej kmitá svetelný vektor, sa nazýva rovina

polarizácia (obr. 3).

Polarizácia svetla nastáva pri odraze svetla od povrchu dielektrík, pri lomu v nich, ako aj pri prechode svetla cez niektoré kryštály (kremeň, turmalín, islandský špár). Tieto látky, nazývané polarizátory (polaroidy), prenášajú vibrácie rovnobežné len s jednou rovinou (rovinou polarizácie) a úplne blokujú vibrácie kolmé na túto rovinu.

Keď prirodzené svetlo dopadne na hranicu dielektrika (obr. 4), lomené a odrazené svetelné vlny sa ukážu ako čiastočne polarizované.

Stupeň polarizácie odrazeného lúča sa mení so zmenou uhla

Denia. Existuje uhol

Ryža. 3. Polarizovaná vlna a rovina polarizácie

Ryža. 4. Polarizácia svetla pri odraze a lomu

dopad, pri ktorom je odrazený lúč úplne polarizovaný a lomený lúč je čo najviac. Tento uhol dopadu sa nazýva plný polarizačný uhol alebo Brewsterov uhol α Br.

Brewsterov uhol možno určiť pomocou Rovnomenný Brewsterov zákon: ak je uhol dopadu rovný Brewsterovmu uhlu, potom

odrazené a lomené lúče sú navzájom kolmé, pričom dotyčnica uhla celkovej polarizácie sa rovná pomeru absolútneho indexu lomu druhého prostredia k absolútnemu indexu lomu prvého prostredia:

Br n 1

kde n2 a n1 sú absolútne indexy lomu druhého a prvého prostredia.

Oko nerozlišuje prirodzené svetlo od polarizovaného svetla, preto je polarizované svetlo detekované javmi, ktoré sú preň jedinečné. Polarizované svetlo je možné detegovať pomocou bežného polarizátora. Polarizátory určené na štúdium polarizovaného svetla sa nazývajú analyzátory, t.j. ten istý Polaroid možno použiť ako polarizátor aj ako analyzátor.

Polarizácia svetla v polaroidoch sa riadi Malusovým zákonom: ak prirodzené svetlo prechádza dvoma polarizačnými zariadeniami, ktorých polarizačné roviny sú umiestnené navzájom pod uhlom, potom intenzita svetla prenášaného takýmto systémom (obr. 5) bude byť úmerné cos2, zatiaľ čo v prvom polarizátore svetlo stráca polovicu svojej intenzity:

kde I je intenzita polarizovaného svetla prechádzajúceho cez polarizátor a analyzátor;

Jem – intenzita prirodzeného svetla;

I 0 – intenzita polarizovaného svetla prechádzajúceho polarizátorom; α je uhol medzi rovinami polarizácie analyzátora a polarizátora.

Obrázok 5. Prechod svetla cez systém polarizátor-analyzátor

Ak sú polarizačné roviny analyzátora a polarizátora rovnobežné (=0, 2), tak z Malusovho zákona vyplýva, že cez analyzátor prechádza svetlo maximálnej možnej intenzity. Ak sú polarizačné roviny analyzátora a polarizátora kolmé (= /2, 3 /2), potom cez analyzátor neprejde vôbec žiadne svetlo.

Intenzita svetla nemá presnú definíciu. Tento pojem sa používa namiesto pojmov svetelný tok, jas, osvetlenie a pod. v prípadoch, keď nie je dôležitý ich konkrétny obsah a je potrebné zdôrazniť ich väčšiu alebo menšiu absolútnu hodnotu. Najčastejšie v optike ľahká intenzita sa nazýva sila žiarenia cez povrch jednotky plochy, t.j. energia žiarenia, ktorá prejde za jednotku času povrchom jednotky plochy. V tomto prípade jednotka intenzity v SI: =1 W/m2 ( watt na meter štvorcový).

Keď polarizované svetlo prechádza cez niektoré kryštály (kremeň, rumelka a iné), ako aj cez roztoky cukru, močoviny a bielkovín, rovina vibrácií sa otáča o určitý uhol. Tento jav sa nazýva rotácia roviny kmitov poľa -

reprezentované svetlom. Látky, ktoré otáčajú rovinu polarizácie

sa nazývajú opticky aktívne.

Pre väčšinu opticky aktívnych kryštálov bola objavená existencia dvoch modifikácií, rotujúcich rovinu polarizácie v smere hodinových ručičiek (vpravo) a proti smeru hodinových ručičiek (vľavo) pre pozorovateľa pozerajúceho sa smerom k lúču.

V roztokoch je uhol natočenia roviny polarizácie úmerný hrúbke roztoku a koncentrácii opticky aktívnej látky:

kde o je špecifická rotačná konštanta; l je hrúbka roztoku;

C je koncentrácia opticky aktívnej látky.

Fyzický významŠpecifická rotačná konštanta je taká, že ukazuje, o aký uhol rotuje rovina polarizácie opticky aktívnu látku jednotkovej koncentrácie pri prechode svetla jednotkovej dĺžky. Vo všeobecnosti závisí od teploty roztoku a od vlnovej dĺžky svetla prechádzajúceho cez roztok.

Jednotka merania špecifickej rotačnej konštanty v SI: [φ 0 ]=1

rad/m∙% (radiány na meter-percento).

Vo výrobe je široko používaná Medzinárodná škála cukru, v ktorej 100 S = 34,62 uhlových stupňov. Ak to vezmeme do úvahy, jednotka merania špecifickej rotačnej konštanty môže byť prezentovaná ako: [φ 0 ]=1 S /m∙% ( stupeň stupnice cukru na meter-percento).

Zdôvodnenie metódy

Fenomén rotácie roviny kmitania polarizovaného svetla sa využíva na stanovenie koncentrácie opticky aktívnej látky v roztokoch pomocou prístrojov nazývaných polarimetre. Polarimetre, ktorých stupnica je odstupňovaná v jednotkách medzinárodnej stupnice cukru, sa nazývajú sacharimetre.

Stanovenie koncentrácie cukrových roztokov pomocou polarimetrov a sacharimetrov sa používa vo výskume v poľnohospodárstve, v laboratóriách chemického, potravinárskeho a ropného priemyslu.

Najjednoduchší polarimeter (obr. 6) pozostáva z dvoch polarizátorov, svetelného zdroja a prístroja na meranie uhlových hodnôt.

Ryža. 6. Schéma jednoduchého polarimetra

Pred začatím meraní sú polarizátory inštalované tak, aby ich roviny polarizácie boli navzájom kolmé. V tomto prípade svetlo neprechádza systémom polarizátor-analyzátor a pozorovateľ vidí tmu. Ak sa medzi dva polarizátory umiestni opticky aktívna látka, zorné pole sa rozjasní. K tomu dochádza, pretože účinná látka otáča rovinu polarizácie svetla vychádzajúceho z prvého polarizátora o uhol φ. Výsledkom je, že časť svetla prechádza cez analyzátor a pozorovateľ si to môže všimnúť. Aby ste opäť získali tmu, musíte analyzátor otočiť proti smeru rotácie roviny polarizácie pod uhlom rovnajúcim sa uhlu rotácie φ. Uhol natočenia analyzátora sa dá ľahko merať. Keď poznáme špecifickú rotačnú konštantu látky a hrúbku roztoku opticky aktívnej látky, môžeme použiť vzorec 3 na určenie koncentrácie roztoku.

Často pri meraní koncentrácie opticky aktívnych látok v roztokoch nie je špecifická rotačná konštanta známa. V tomto prípade, ak vezmeme roztok so známou koncentráciou C z tej istej látky, určíme uhol natočenia roviny polarizácie s týmto roztokom z tej istej látky pomocou polarimetra a špecifickú rotačnú konštantu o vypočítame zo vzorca (3) :

Na zistenie koncentrácie neznámeho roztoku Cx použite polarimeter na určenie uhla natočenia roviny polarizácie svetla týmto roztokom x. Pomocou vzorcov (3) a (4), za predpokladu, že hrúbka roztokov l je rovnaká, C x je určené vzorcom:

Pri tomto stanovení koncentrácie neznámeho roztoku, ako je zrejmé zo vzorca (5), nie je potrebná znalosť číselnej hodnoty špecifickej rotačnej konštanty a hrúbky vrstvy rotujúcej rovinu polarizácie látky.

Popis inštalácie

V tejto práci je použitý univerzálny sacharimeter SU-4 na stanovenie špecifickej rotačnej konštanty cukru a jeho koncentrácie v roztoku. Schematický diagram sacharimetra je znázornený na obrázku 7.

Ryža. 7. Schematický diagram penumbrálneho sacharimetra

Skúmaná látka 5 je umiestnená medzi polostínový polarizátor pozostávajúci z dvoch polovíc 3 a 4 a analyzátor 6. Priepustnosť analyzátora sa mení v súlade s Malusovým zákonom, keď je uhol medzi rovinou polarizácie analyzátora 6 a polarizáciou rovina svetla dopadajúceho na ňu sa mení.

Použitie penumbrálnych polarizátorov 3 a 4 je spôsobené tým, že nastavenie bežného polarizátora na tmu nie je možné vykonať dostatočne presne. V penumbrálnych polarizátoroch výroba

Ryža. 8. Pohľad do zorného poľa v Sakha nastavenie nie je pre tmu, ale rimeter s polostínovým poľom - o rovnosti osvetlenia dvoch polovíc zorných polí I a II dvomi šošovkami (obr. 8a). Ľudské oko je veľmi citlivé na porušovanie rovnosti

osvetlením dvoch susedných polí (obr. 8 b, c), preto je možné pomocou penumbrálneho zariadenia určiť polohu polarizačnej roviny s oveľa väčšou presnosťou ako pri inštalácii

polarizátor do tmy.

Prepis

1 Laboratórne práce 3.10 STANOVENIE ŠPECIFICKEJ KONŠTANTY OTÁČANIA A KONCENTRÁCIE ROZTOKU CUKRU E.V. Kozis, V.I. Rjabenkov. Účel práce: študovať fenomén optickej aktivity. Experimentálne overenie závislosti rotácie roviny polarizácie od vlnovej dĺžky svetla. Zadanie: získajte závislosť uhla natočenia roviny polarizácie lineárne polarizovaného svetla od hrúbky vrstvy cukrového roztoku. Určte koncentráciu cukrových roztokov a špecifické rotačné konštanty pre rôzne vlnové dĺžky Príprava na laboratórnu prácu: naštudujte si pojem optická aktivita. Oboznámte sa so zariadením a princípom fungovania polarimetra. Pripravte si odpovede na bezpečnostné otázky. Bibliografia 1. Savelyev I.V. Kurz všeobecnej fyziky - M.: Nauka, 1987, zväzok 2, kapitola. XIX, Trofimová T.I. Kurz fyziky M.: Vyššie. Škola g, oddiel 5, kapitola 22, 196. Testové otázky 1. Aký je jav otáčania roviny polarizácie? 2. Aké látky sa nazývajú opticky aktívne? Uveďte príklady. 3. Aká je štruktúra opticky aktívnych látok? 4. Ako sa nazýva rotačná konštanta a v akých jednotkách sa meria? 5. Aká je špecifická rotačná konštanta roviny polarizácie? Aký je rozmer tohto množstva? 6. Čo znamená koncentrácia roztoku?

2 7. Ako vysvetľuje Fresnelova fenomenologická teória fenomén optickej aktivity? 8. Ako závisí rotácia roviny polarizácie od vlnovej dĺžky svetla? 9. Aký je rozdiel optickej dráhy a fázový rozdiel dvoch kruhovo polarizovaných vĺn prechádzajúcich cez opticky aktívnu látku? 10. Ako môžete zmerať uhol natočenia roviny polarizácie pomocou dvoch polarizátorov? 11. Popíšte konštrukciu polarimetra. Ako sa to používa? 12. Ako sa v tejto práci určujú špecifické rotačné konštanty pre rôzne vlnové dĺžky svetla? Teoretický úvod Niektoré látky, nazývané opticky aktívne, majú schopnosť otáčať rovinu polarizácie. To znamená, že pri prechode lineárne polarizovaného svetla cez takúto látku sa postupne mení smer kmitov svetelného vektora. Opticky aktívne sú napríklad kryštály kremeňa a ametystu. Ak je lúč svetla nasmerovaný pozdĺž optickej osi takéhoto kryštálu, bude pozorovaná rotácia roviny polarizácie. Okrem kryštálov je optická aktivita vlastná niektorým kvapalinám (terpentín, nikotín), ako aj roztokom (napríklad roztok cukru vo vode). Pre kryštály a čisté kvapaliny sa uhol natočenia smeru kmitov rovná φ = α d, (1) kde d je hrúbka vrstvy dosky alebo kvapaliny a α je konštanta otáčania. Vyjadruje sa v radiánoch na meter alebo stupňoch na milimeter. Rotačná konštanta závisí od vlnovej dĺžky, povahy látky a teploty. Takže kremeň v červenej oblasti spektra má 15 stupňov mm, v zelenej - 27 stupňov mm, vo fialovej - 51 stupňov mm. Tieto údaje ukazujú, že rozptyl rotačnej schopnosti kremeňa je dosť významný.

3 Je zaujímavé, že kremeň, podobne ako iné opticky aktívne látky, má dve odrody: pravotočivý a ľavotočivý. Prvé otáčajú rovinu kmitania v smere hodinových ručičiek pri pohľade smerom k lúču, druhé v opačnom smere. V roztokoch uhol rotácie φ závisí od charakteru rozpustenej látky, jej koncentrácie a dĺžky vzorky, konkrétne φ = [α]cl. (2) Tu [α] je špecifická rotačná konštanta, l je vzdialenosť, ktorú prejde svetlo v roztoku a C je jeho hmotnostná koncentrácia m C, (3) V kde m je hmotnosť rozpustenej účinnej látky a V je objem roztoku. Špecifická rotácia závisí od vlnovej dĺžky (v hrubom 2. priblížení ~) a teploty (závislosť je nevýznamná, u väčšiny látok klesá pri zvýšení teploty o jeden stupeň približne o tisícinu svojej hodnoty) a rozpúšťadla. Veličina má rozmer 2 2 rad m kg alebo deg cm g Zo vzťahu (2) vyplýva, že meraním uhla natočenia roviny polarizácie lúča prechádzajúceho cukrovým roztokom možno vypočítať jeho koncentráciu, ak Som známy. Vysvetlenie optickej aktivity navrhol Fresnel. Podľa jeho teórie k rotácii roviny polarizácie dochádza v dôsledku rozdielov v rýchlostiach šírenia vĺn polarizovaných v kruhu v rôznych smeroch. Lineárne polarizovaná vlna môže byť skutočne rozložená na dve vlny, v ktorých vektory E rotujú synchrónne v opačných smeroch. Ak je fázová rýchlosť jednej z vĺn väčšia ako druhej, potom sa pri ich šírení v opticky aktívnom prostredí zväčší fázový posun medzi nimi a smer oscilácie výsledného vektora sa bude otáčať.

4 Keďže indexy lomu budú tiež odlišné, hovoríme vlastne o dvojitom lomu. Fresnel potvrdil platnosť svojich predpokladov experimentálne. Dokázal priestorovo rozdeliť lineárne polarizovanú vlnu na dve kruhovo polarizované vlny prechodom lúča svetla cez zložený hranol ľavotočivého a pravotočivého kremeňa. Nech existuje rovinne polarizovaná elektromagnetická vlna s frekvenciou, ktorá sa šíri smerom k nám pozdĺž osi x (vertikálny vektor E na obrázku 1). Dá sa znázorniť ako súčet dvoch vĺn s kruhovou polarizáciou. Jedna z nich je pravopolarizovaná, v ktorej sa vektor E r otáča v smere hodinových ručičiek, druhá vľavo polarizovaná a E l sa otáča proti smeru hodinových ručičiek. E l A E φ l φ pr E pr E l A φ l φ E φ pr E pr φ l = φ pr B Obr. 1 Obr. 2 Ako je zrejmé z obr. 1, keď sa vektory otáčajú rovnakou uhlovou rýchlosťou, ich poloha v danom bode bude v akomkoľvek čase symetrická vzhľadom na os AB (φ l = φ pr). Keď svetlo vstúpi do opticky aktívneho média, fázové rýchlosti „pravej“ a „ľavej“ vlny, a teda aj ich indexy lomu n pr a n l, sa budú líšiť. Potom v ktoromkoľvek bode vnútri tohto B

5 prostredia, jedna z vĺn bude za druhou fázovo zaostávať a poloha vektorov E l a E pr už nebude symetrická voči osi AB (obr. 2). V dôsledku toho bude smer oscilácie vektora E otočený o určitý uhol φ vzhľadom na túto os. Z obrázku je zrejmé, že l pr a (pr l) 2 (všetky uhly sú brané modulo). Rozdiel medzi uhlami φ pr a φ l je v podstate fázový rozdiel δ uvažovaných vĺn, ktorý je určený, ako je známe, rozdielom ich optickej dráhy Δ podľa vzorca 2. Ak je hrúbka opticky aktívnej vrstvy rovná l, potom Δ = l (n l - n pr) a preto rotačná konštanta je n, l n pr, čo je plne v súlade s experimentálnymi údajmi. Hodnota n n pre typické opticky aktívne látky sa rovná Popis zariadenia a metódy merania Zariadenia určené na meranie uhla natočenia roviny polarizácie svetla sa nazývajú polarimetre. Na štúdium fenoménu optickej aktivity táto práca využíva polarimeter so štyrmi LED diódami. Konštrukcia polarimetra a jeho vzhľad sú znázornené na obrázkoch 3 a 4. Ako zdroj svetla je použitá jedna zo štyroch monochromatických LED diód so známou vlnovou dĺžkou. Svetlo zo zdroja prechádza cez stacionárny polarizátor a stáva sa lineárne polarizované (obr. 3). Keď je meracia komora prázdna, intenzita svetla viditeľného cez analyzátor je minimálna pre všetky farby, keď je ukazovateľ oproti značke zodpovedajúcej uhlu 360 (0º) (polarizátory sú „prekrížené“).

6 Svetelný zdroj Rotačný polarizátor 270º 360º + Pevný polarizátor Keď je do meracej komory umiestnená pravotočivá látka, rovina polarizácie sa otáča v smere hodinových ručičiek (pri pohľade zhora). V dôsledku toho sa zvyšuje intenzita pozorovaného svetla. Na meranie uhla natočenia Opticky aktívna látka 90º 180º Obr. 3 Pozorovací otvor Referenčný bod Analyzátor Spínač LED meracej komory Obr. 4

7. spoločnosť, musíte otočiť disk analyzátora v smere hodinových ručičiek (vzhľadom k polohe 360), aby bola intenzita svetla opäť minimálna. Uhol počítaný voči ukazovateľu bude označený ako p (str< 360). При этом искомый угол поворота плоскости поляризации будет равен = 360 р. Если поместить в измерительную камеру левовращающее вещество, то для уменьшения интенсивности надо поворачивать анализатор против часовой стрелки. В этом случае угол поворота плоскости поляризации будет = р. Порядок выполнения работы Для выполнения лабораторной работы студентам предоставляется четыре различных оптически активных раствора. Упражнение 1. Измерение угла поворота плоскости поляризации в зависимости от длины образца. 1. Включите питание поляриметра и убедитесь в том, что минимум интенсивности света, прошедшего через анализатор, получается при угле 360º. 2. Снимите с поляриметра диск анализатора и выньте из измерительной камеры цилиндрическую емкость-образец. Влейте в нее 10 мл раствора 1 (при этом длина образца l= 19 мм). 3. Протрите наружные стенки емкости насухо и установите ее в измерительную камеру, следя за тем, чтобы жидкость не попала на стенки измерительной камеры. 4. Поместите на камеру диск анализатора. Внимание! Соблюдайте особую осторожность при снятии и установке на место диска анализатора! 5. Поставьте переключатель светодиодов в положение отвечающее красному цвету. 6. Глядя в анализатор, поворачивайте его так, чтобы яркость выходящего из него света уменьшалась, и установите его в положение соответствующее минимальной яркости. 7. Занесите угол поворота φ (с учетом знака) в таблицу 1.

8 Tabuľka 1 Číslo pokusu Objem roztoku, ml l, mm Červená 630 nm Žltá 580 nm φ, deg Zelená 525 nm Modrá 468 nm Namiesto červenej LED zapnite striedavo žlté, zelené a modré LED. V každom prípade odmerajte uhol natočenia a výsledky zaznamenajte (s prihliadnutím na znamienko) do tabuľky Vyberte nádobu z meracej komory. Do nej nalejte ďalších 10 ml rovnakého roztoku (výška stĺpca kvapaliny l bude 38 mm). 10. Nádobu vložte späť do meracej komory a dbajte na to, aby sa na jej steny nedostala žiadna kvapalina. 11. Vykonajte merania uhlov φ popísané v odsekoch Podobné merania vykonajte pre 40, 60, 80 a 100 ml roztoku. Všetky získané výsledky zapíšte do tabuľky Odstráňte nádobu a nalejte roztok späť do nádoby 1. Cvičenie 2. Meranie uhla natočenia roviny polarizácie v závislosti od koncentrácie roztoku. 1. Do nádobky na vzorku nalejte 100 ml roztoku 2 a nádobku vložte späť do meracej komory, pričom dbajte na to, aby sa kvapalina nedostala na steny komory. 2. Zmerajte uhly natočenia φ pre každú zo štyroch farieb a výsledky zapíšte (s prihliadnutím na znamienko) do tabuľky Odstráňte nádobu a nalejte roztok späť do nádoby. Podobne zmerajte uhly pre roztoky 3 a 4. Po dokončení pokusov nalejte roztoky podľa

9 zodpovedajúcich nádob. Všetky výsledky zapíšte do tabuľky 2. Zoberte údaje pre riešenie 1 z prvej tabuľky. Tabuľka 2 roztoky l, mm Červená 630 nm Žltá 580 nm, st. Zelená 525 nm Modrá 468 nm Spracovanie výsledkov merania Cvičenie Na jeden hárok milimetrového papiera nakreslite závislosť uhla natočenia roviny polarizácie na l pre všetky štyri vlnové dĺžky. 2. Uistite sa, že existuje lineárna závislosť od l a že všetky priamky prechádzajú nulou. Určte sklon k pre každú čiaru ako pomer /l. Podľa vzorca (2) je tento koeficient súčinom rotačnej konštanty pre danú farbu a koncentrácie roztoku 1, t.j. k = [α] C Za predpokladu, že pre žlté svetlo (λ = 580 nm) je známa špecifická rotačná konštanta sacharózy a rovná sa [α] f = 6,85 2 deg cm g, vypočítajte [α] cr, [α] h a [ α] с, s použitím zrejmého vzťahu k k l. f 4. Odhadnite chyby výsledkov pomocou vzorca k k f f, k k f f

10 kde k l k. l Odporúča sa vziať hodnoty uhla φ pre l = 114 mm. 5. Vypočítajte hodnoty Δ[α] a konečné výsledky zapíšte ako [α] ± Δ[α]. 6. Nakreslite závislosť špecifickej rotačnej konštanty od vlnovej dĺžky svetla λ a presvedčte sa, že zodpovedá teórii, podľa ktorej ~. Na tento účel by sa mali vypočítať teoretické hodnoty [α] za predpokladu, že je známa rotačná konštanta [α] sacharózy. Cvičenie Pomocou údajov v tabuľke 2 určte koncentráciu každého roztoku pomocou vzorca C l pre všetky štyri farby. 2. Vypočítajte priemernú koncentráciu každého roztoku. 3. Zostrojte grafy závislosti uhla natočenia roviny polarizácie od koncentrácie roztoku pre každú vlnovú dĺžku. Porovnajte získané výsledky s teóriou. 2

Laboratórne práce 3.10 STANOVENIE ŠPECIFICKEJ KONŠTANTY ROTÁCIÍ A KONCENTRÁCIE ROZTOKU CUKRU E.V. Kozis, V.I. Ryabenkov Účel práce: študovať fenomén optickej aktivity. Experimentálne overenie

Laboratórne práce 3.09 ŠTÚDENIE JAVOV OPTICKEJ AKTIVITY LÁTOK E.V. Ždanová, E.V. Kozis Účel práce: preskúmať fenomén optickej aktivity na príklade artzy a cukrového roztoku. Úloha: merať

MINISTERSTVO ŠKOLSTVA A VEDY RUSKEJ FEDERÁCIE Štátna vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania "NÁRODNÝ VÝSKUM TOMSKOVÁ POLYTECHNICKÁ UNIVERZITA"

Laboratórne práce 3.12 FARADAY EFFECT A.M. Popov Cieľ práce: študovať rotáciu roviny polarizácie lineárne polarizovaného svetla šíriaceho sa v látke umiestnenej v magnetickom poli (efekt

Laboratórne práce 3.12 FARADAY EFFECT I.E. Kuznecovová, A.M. Popov. Cieľ práce: študovať rotáciu roviny polarizácie lineárne polarizovaného svetla šíriaceho sa v látke umiestnenej v magnetickom poli

Štúdium rotácie roviny polarizácie na polarimetri. Niektoré látky, nazývané opticky aktívne, majú schopnosť spôsobiť rotáciu roviny polarizácie lineárne polarizovaného svetla, ktoré nimi prechádza.

Laboratórne práce 3. STANOVENIE INDEXU LÁMKU TRANSPARENTNÉHO MATERIÁLU RÔZNYMI METÓDAMI E.V. Kozis, A.A. Zadernovsky Účel práce: študovať fenomén polarizácie svetla na rozhraní medzi dvoma

Štátna vysoká škola "DONETSK NÁRODNÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA" Katedra fyziky Laboratórna správa 85 ÚVOD DO PRÁCE CUKROMERU. STANOVENIE KONCENTRÁCIE CUKRU

Laboratórne práce 3. ŠTÚDENIE VLASTNOSTÍ POLARIZOVANÉHO SVETLA. MALUSOV ZÁKON T.YU. Lyubeznová, K.V. Kulikovsky Účel práce: študovať fenomén polarizácie svetla a vlastnosti lineárne polarizovaného svetla. Cvičenie:

STANOVENIE KONCENTRÁCIE GLUKÓZY V ROZTOKU Účel práce: preštudovať princíp činnosti polarimetra a určiť špecifickú rotáciu roztoku a koncentráciu glukózy v roztoku. Nástroje a príslušenstvo: polarimeter,

Laboratórne práce 16. ŠTÚDIUM ŠÍRENIA SVETLA V ROZTOKOCH OPTICKY AKTÍVNYCH LÁTOK. Účel práce: študovať rotáciu roviny polarizácie svetla pri prechode cez roztok opticky aktívneho

Laboratórne práce 3.22 ŠTÚDENIE VLASTNOSTÍ POLARIZOVANÉHO SVETLA. MALUSOV ZÁKON T.YU. Lyubeznova Účel práce: študovať fenomén polarizácie svetla a vlastnosti lineárne polarizovaného svetla. Úloha: skontrolovať

Ministerstvo školstva Bieloruskej republiky BIELORUSKÁ ŠTÁTNA UNIVERZITA INFORMATIKY A RÁDIOELEKTRONIKY Katedra fyziky LABORATÓRNE PRÁCE.18 POLARIZÁCIA SVETLA Minsk 005 LABORATÓRNE PRÁCE.18

Laboratórne práce 17 Určenie uhla natočenia roviny polarizácie opticky aktívnymi médiami Účel práce: oboznámiť sa s javom optickej aktivity a určiť koncentráciu cukru v roztoku.

Laboratórne práce 17. POLARIZÁCIA. ZÁKONY MALUSA A BREWSTERA. BIREFRINGENCE. Účel práce: Kontrola zákonov Malusa a Brewstera. Produkcia elipticky polarizovaného svetla z lineárne polarizovaného svetla

Ministerstvo školstva a vedy Ruskej federácie Federálna univerzita Ďalekého východu Škola prírodných vied FARADAY EFFECT Pokyny pre laboratórnu prácu 4.11 v disciplíne „Physical

LABORATÓRNE PRÁCE 17-1 VÝSKUM MALUSOVHO ZÁKONA A PRECHODU POLARIZOVANÉHO SVETLA CEZ FÁZOVÚ DOSIKU Účel práce: overenie Malusovho zákona a analýza polarizovaného svetla prechádzajúceho fázovou doskou.

Ministerstvo školstva Ruskej federácie Tomská polytechnická univerzita Katedra teoretickej a experimentálnej fyziky „SCHVÁLENÉ“ Dekan UNMF I.P. Černov 1 g POLARIZÁCIA SVETLA Metodický

Yaroslavlská štátna pedagogická univerzita pomenovaná po. K. D. Ushinsky Laboratórna práca 15 Štúdium sacharimetra a stanovenie koncentrácie cukru v roztoku Jaroslavľ 2014 Obsah 1. Otázky

Polarizácia svetla Prednáška 4.3. Polarizácia je oddelenie lineárne polarizovaného svetla od prirodzeného alebo čiastočne polarizovaného svetla. 1. Prirodzené a polarizované svetlo. Malusov zákon Teória následkov

MINISTERSTVO ŠKOLSTVA A VEDY RUSKEJ FEDERÁCIE Federálna štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania Katedra BANSKEJ UNIVERZITY V Petrohrade

Získavanie a štúdium polarizovaného svetla. Účel práce: študovať fenomén polarizácie svetla. Problémy, ktoré treba vyriešiť: - získať lineárne polarizované svetlo; - pozorovať zmeny intenzity svetla v závislosti od

Pokyny na vykonávanie laboratórnych prác 3.2.4 STANOVENIE STUPŇA POLARIZÁCIE SVETLA PRI ODRAZENÍ OD PEVNÝCH TESIEL Stepanova L.F. Vlnová optika: Pokyny na vykonávanie laboratórnych testov

Laboratórne práce 3. EXPERIMENTÁLNE STANOVENIE INDEXU LÁMKU TRANSPARENTNÉHO MATERIÁLU RÔZNYMI METÓDAMI E.V. Kozis, A.A. Zadernovsky Účel práce: študovať fenomén polarizácie svetla na hranici

Ministerstvo školstva Bieloruskej republiky Vzdelávacia inštitúcia "Mogilev State University of Food" Katedra fyziky ŠTÚDIUM ROTÁCIE ROVINY POLARIZÁCIE SVETLA Pokyny

STANOVENIE KONCENTRÁCIE GLUKÓZY V ROZTOKU Prístroje a príslušenstvo: polarimeter, roztoky glukózy rôznych koncentrácií. Účel práce: stanovenie koncentrácie vodného roztoku glukózy pomocou polarimetra. 1.

Laboratórne práce 17. Polarizácia svetla. Malusov zákon. Brewsterov kútik. Účel práce: Štúdium polarizácie svetla pri odraze a lomu: 1. Stanovenie stupňa polarizácie laserového žiarenia, 2. Overenie

Téma lekcie: Polarizované svetlo Cieľ: Typy polarizácie svetla Malusov zákon Fresnelove vzorce pre odrazené a lomené svetlo Koeficienty odrazu a lomu Stručná teória Svetlo je

Laboratórne práce 7. Polarizácia svetla. Malusov zákon. Brewsterov kútik. Cieľ práce: Štúdium polarizácie svetla pri odraze a lomu:. Stanovenie stupňa polarizácie laserového žiarenia. Vyšetrenie

3 Cieľ práce: oboznámiť sa s fenoménom prirodzenej optickej aktivity. Úloha: určte špecifickú rotáciu cukrového roztoku vo vode a koncentráciu cukru vo vodnom roztoku. Zariadenia a príslušenstvo:

Laboratórne práce 3.08 KONTROLA MALUSOVHO ZÁKONA PRE LINEÁRNE POLARIZOVANÉ SVETLO V.A. Rosľakov, A.V. Chaikin Účel práce: Experimentálne overenie Malusovho zákona pre lineárne polarizované svetlo. Cvičenie:

POLARIZÁCIA SVETLA 1. Na hladinu vody dopadá lúč svetla (n = 1,33). V akej uhlovej výške ϕ nad horizontom by malo byť slnko, aby sa polarizácia slnečného svetla odrážala od hladiny vody

010504. Dvojlom. Štvrťvlnová fázová doska. Účel práce: získanie elipticky polarizovaného svetla z lineárne polarizovaného svetla pomocou štvrťvlnovej platne a jeho analýza. Požadovaný

Práca 3.04 ŠTÚDIUM FARADAYOVHO EFEKTU Yu.N.Volgin ÚLOHA 1. Štúdium umelej optickej aktivity (Faradayov jav) skla. Stanovenie Verdetovej konštanty a kvality skla. 2.Výskum prírodných

Optika. Polarizácia svetla Prednáška 5-6 Postniková Jekaterina Ivanovna, docentka Katedry experimentálnej fyziky 21.10.2015 Polarizácia svetla Svetelná vlna má elektromagnetickú povahu. Je prezentovaná ako

Laboratórne práce 2.13 MERANIE HORIZONTÁLNEJ ZLOŽKY INDUKČNÉHO VEKTORA MAGNETICKÉHO POĽA ZEME E.V. Kozis, A.M. Popov Účel práce: určiť hodnotu horizontálnej zložky magnetickej indukcie

) Pod akým uhlom by mal dopadať lúč svetla zo vzduchu na povrch kvapaliny, aby pri odraze od dna sklenenej nádoby (n =,5) naplnenej vodou (n 2 =,33) bolo svetlo úplne polarizované. 2) Čo je

LABORATÓRNA PRÁCA 9 ŠTÚDIUM OTÁČANIA ROVINY POLARIZÁCIE SVETLA Účel práce: Oboznámenie sa s fenoménom optickej aktivity a stanovenie koncentrácie cukru v roztoku. Vybavenie: Kruhový polarimeter

Prvá Moskovská štátna lekárska univerzita pomenovaná po. ONI. Sechenová Katedra farmaceutickej a toxikologickej chémie Kontrola kvality liekov pomocou polarimetrie K.V. Nozdrin Moskva 2014 Účelom lekcie je teoretická forma

Laboratórne práce 15 ŠTÚDENIE OTÁČANIA POLARIZAČNEJ ROVINY Prístroje a príslušenstvo: Polarimeter, svetelný zdroj (žiarovka), roztoky glukózy známej koncentrácie. Úvod Obrázok 1 ukazuje

LABORATÓRNE PRÁCE POLARIZÁCIA ELEKTROMAGNETICKÝCH VLN 1. ÚČEL PRÁCE. Štúdium javu polarizácie elektromagnetických vĺn (EMW), experimentálne overenie Malusovho zákona pre rovinne polarizované EMW. PRÍPRAVA

Laboratórne práce 3.08 KONTROLA MALUSOVHO ZÁKONA PRE LINEÁRNE POLARIZOVANÉ SVETLO V.A. Rosľakov, A.V. Chaikin Účel práce: Experimentálne overenie Malusovho zákona pre lineárne polarizované a. Cvičenie:

3 Cieľ práce: oboznámiť sa s fenoménom rozptylu sklenených hranolov. Úloha: určiť index lomu skleneného hranolu pre určité vlnové dĺžky spektrálnych čiar ortuťovej výbojky. Bezpečnostné opatrenia:

Katedra experimentálnej fyziky, Štátna polytechnická univerzita v Petrohrade Práca 3.02 VÝSKUM POLARIZOVANÉHO SVETLA V.I.Safarov ÚLOHA Štúdium a transformácia polarizácie svetla pomocou polarizátora a fázových platní. Vyšetrenie

Laboratórne práce 16 Stanovenie koncentrácie cukrového roztoku pomocou sacharimetra Účel práce: preštudovať činnosť sacharimetra a jeho kalibráciu. Stanovenie koncentrácie cukrového roztoku. Zariadenia a príslušenstvo:

LABORATÓRNE PRÁCE 3.02. ŠTÚDIUM POLARIZOVANÉHO SVETLA Úvod V tejto práci budeme študovať javy spojené s polarizáciou elektromagnetických vĺn. Proces šírenia sa nazýva vlna

Laboratórna práca 9 Štúdium rotácie roviny polarizácie svetla Účel práce: Oboznámenie sa s javom optickej aktivity a stanovenie koncentrácie cukru v roztoku. Vybavenie: Kruhový polarimeter

Laboratórne práce 3.03 STANOVENIE VLNOVEJ DĹŽKY MONOCHROMATICKÉHO ZDROJA POMOCOU ROVNOMERNÝCH SKLOPNÝCH KRUHOV V.I. Rjabenkov, E.V. Kozis Účel práce: študovať interferenciu monochromatických optických vĺn

Polarizácia elektromagnetických vĺn. (podľa opisov dielenských úloh 47 a 4 Z elektromagnetickej teórie svetla, založenej na Maxwellovom systéme rovníc, vyplýva, že svetelné vlny sú priečne. To znamená

LABORATÓRNE PRÁCE 9a ​​ŠTÚDIUM POLARIZOVANÉHO SVETLA POLOVODIČOVÉHO LASERU. MALUSOV ZÁKON. BREWSTEROV UHOL Účel práce:) určiť stupeň polarizácie laserového žiarenia) skontrolovať platnosť zákona

Laboratórne práce 16 Štúdium polarizácie svetelných vĺn Teória Obr.6 Obr.63 Všetky elektromagnetické vlny sú priečne, t.j. vzájomne kolmé vektory intenzity elektrického E a magnetického

MINISTERSTVO ŠKOLSTVA A VEDY RUSKEJ FEDERÁCIE Federálna štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania NÁRODNÁ UNIVERZITA NERASTNÝCH ZDROJOV

Variant 1 / KR-5 1. Intenzita elektromagnetickej vlny normálne dopadajúcej na povrch telesa je 2,7 mW/m2.Tlak tejto vlny na povrchu je 12 ppa. Aká je odrazivosť svetla?

"Kazanská federálna univerzita v regióne Volga" Inštitút fyziky SPRÁVA o laboratórnej práci 701 Získavanie a štúdium polarizovaného svetla. 2016 Laboratórne práce 701 Príprava a výskum

Laboratórne práce 0 ŠTÚDIE DIFRAČNEJ MRIEŽKY Prístroje a príslušenstvo: Spektrometer, iluminátor, difrakčná mriežka s periódou 0,0 mm. Úvod Difrakcia je súbor pozorovaných javov

Dielo 3.05 Fresnelove vzorce – teória O.S. Vavilová Yu.P. Yashin Účel práce: Študovať Fresnelovu teóriu absorpcie a lomu svetla na hranici dvoch dielektrík, preskúmať energetické vzťahy

Moskovská štátna technická univerzita pomenovaná po. N.E. Bauman S.L. Timchenko, N.A. Zadorozhny A.V. Semikolenov, V. G. Golubev, A. V. Kravtsov ODRAZ A LOM SVETELNÝCH VLN NA ROZHRANÍ

5 Vlnová optika Základné vzorce a definície Interferencia svetla je sčítanie koherentných vĺn, v dôsledku čoho dochádza v priestore k redistribúcii svetelnej energie, čo vedie k

Federálna agentúra pre vzdelávanie Štátna vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania PETROZAVODSKÁ ŠTÁTNA UNIVERZITA Posúdené a odporúčané na uverejnenie dňa

Federálna agentúra pre vzdelávanie Ruskej federácie Ukhta State Technical University 53 Štúdium prirodzenej rotácie roviny polarizácie Pokyny pre laboratórne práce pre študentov

Štátna vysoká škola „DONETSK NÁRODNÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA“ Katedra fyziky Laboratórna správa 86 ŠTÚDIUM DISPERZIE POMOCOU GONIOMETRA Vykonáva skupinový študent Učiteľ

90 Úloha 1. Vyberte správnu odpoveď: POLARIZÁCIA SVETLA 1. Polarizácia svetla je vlastnosť svetla charakterizovaná... a) skutočnosťou, že svetelná vlna je pozdĺžna; b) orientácia el

Laboratórne práce 3.06 STANOVENIE VLNOVEJ DĹŽKY SVETLA POMOCOU DIFRAKČNEJ MRIEŽKY N.A. Ekonomov, Kozis E.V. Účel práce: študovať fenomén difrakcie svetelných vĺn na difrakčnej mriežke. Cvičenie:

Laboratórne práce 3.07 DIFRAKČNÁ MRIEŽKA AKO SPEKTRÁLNE ZARIADENIE N.A. Ekonomov, A.M. Popov. Účel práce: experimentálne stanovenie uhlovej disperzie difrakčnej mriežky a výpočet jej maxima

`LABORATÓRNE PRÁCE 3.0 URČENIE POLOMERU ZAKRIVENIA ŠOŠOVKY POMOCOU NEWTONOVÝCH KRÚŽKOV. Cieľ práce Cieľom tejto práce je študovať fenomén interferencie svetla a aplikáciu tohto javu na meranie

LABORATÓRNE PRÁCE 49 ŠTÚDIUM POLARIZÁCIE SVETLA. STANOVENIE BREWSTEROVHO UHLA Účelom práce je štúdium polarizácie laserového žiarenia; experimentálne stanovenie Brewsterovho uhla a indexu lomu skla.

Laboratórne práce 3. FRAUNHOFEROVÁ DIFRAKCIA Účel práce: štúdium difrakčného obrazca získaného difrakciou svetla v paralelných lúčoch na jednej štrbine, jednorozmerná a dvojrozmerná difrakcia

Práca 27a ŠTÚDIUM POLARIZÁCIE SVETLA Účel práce: študovať polarizáciu svetla pri odraze od dielektrika, určiť uhol celkovej polarizácie. Štúdium prenosu svetla cez polaroidy. Vybavenie:

MINISTERSTVO ŠKOLSTVA A VEDY RUSKA Federálna štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania "Ukhta State Technical University" (USTU) 53 Štúdium prírodných vied

LABORATÓRNE PRÁCE 6 (8) ŠTÚDIUM TRANSPARENTNEJ DIFRAKČNEJ MRIEŽKY Účel práce: Oboznámenie sa s priehľadnou difrakčnou mriežkou, určenie vlnových dĺžok červenej a zelenej farby, určenie disperzie.

Ministerstvo školstva a vedy Ruskej federácie Tomská štátna univerzita riadiacich systémov a rádioelektroniky (TUSUR) Katedra fyziky ŠTÚDIUM DIFRAKCIE LASEROVÉHO ŽIARENIA NA DVOJROZMERNÝCH

Opticky aktívne látky majú optickú aktivitu, schopnosť otáčať rovinu polarizácie polarizovaného lúča svetla. Optická aktivita zlúčenín je spôsobená chiralitou ich molekúl a absenciou prvkov symetrie.

V závislosti od povahy opticky aktívnej zlúčeniny sa rotácia roviny polarizácie môže meniť v smere a uhle rotácie. Ak sa rovina polarizácie otáča v smere hodinových ručičiek, smer otáčania je označený znamienkom „+“, ak proti smeru hodinových ručičiek, znamienkom „-“. V prvom prípade sa látka nazýva pravotočivá a v druhom - ľavotočivá. Veľkosť odchýlky roviny polarizácie od počiatočnej polohy, vyjadrená v uhlových stupňoch, sa nazýva uhol natočenia a označuje sa gréckym písmenom a.

Uhol natočenia závisí od charakteru a hrúbky opticky aktívnej látky, teploty, charakteru rozpúšťadla a vlnovej dĺžky svetla.

Pre porovnávacie posúdenie schopnosti rôznych látok otáčať rovinu polarizácie svetla sa vypočítava špecifická rotácia [a]D>. .Veeey rotácia je konštanta opticky aktívnej látky, rotácia roviny polarizácie monochromatického svetla spôsobená vrstvou opticky aktívnej látky s hrúbkou 1 dm pri prepočte na obsah 1 g látky v 1 ml objemu:

kde a je nameraný uhol natočenia v stupňoch; D je vlnová dĺžka monochromatického svetla; t je teplota, pri ktorej sa meranie vykonalo; / - hrúbka vrstvy, dm; C je koncentrácia roztoku vyjadrená v gramoch látky na 100 ml roztoku.

Typicky sa špecifická rotácia určuje pri 20 °C a vlnovej dĺžke zodpovedajúcej sodíkovej D čiare (À, = 589,3 nm).

Pre kvapalné látky špecifická rotácia

kde d je hustota kvapalnej látky, g/ml.

Často sa namiesto špecifickej rotácie vypočíta molárne e-ù^Hèe (pomocou nasledujúceho vzorca:

do 100", kde M je molekulová hmotnosť.

Uhol natočenia sa meria pomocou iolarimeyag-roe (obr. 1.101), čo umožňuje získať výsledky s presnosťou ±0,02°.

Princíp činnosti polarimetra je nasledovný: lúč rozptýleného svetla vyžarovaný zo zdroja - sodíkovej výbojky 1 - prechádza polarizátorom 3 (Nicolasove hranoly) a mení sa na rovinne polarizovaný. Tento lúč sa líši od prirodzeného v tom, že oscilácie vektorov elektromagnetického poľa sa vyskytujú v jednej rovine, nazývanej polárna rovina.

Ryža. 1.101. polarimeter:

1 - svetelný zdroj; 2 - dichromatický filter; 3 - polarizačné Nicolasove hranoly (polarizátor); 4 - kyveta s roztokom látky; 5 - Nicolas analyzujúci hranol (analyzátor); 6 - mierka; 7 - okulár; 8 - ovládacia rukoväť analyzátora

cie. V dráhe polarizovaného lúča je umiestnená kyveta s opticky aktívnou látkou 4, schopná otočiť rovinu polarizácie doľava alebo doprava o určitý uhol. Na meranie uhla natočenia a je namontovaný ďalší Nicolasov hranol - analyzátor 5. Otáčaním doprava alebo doľava sa dosiahne úplné zhasnutie lúča stretávacieho svetla. Uhol, o ktorý sa analyzátor otočil, je pozorovaná optická rotácia. Hodnota uhla sa zaznamenáva na stupnici 6.

Technika merania. Najprv sa nastaví nulová poloha hranolov. Za týmto účelom sa do prístroja vloží prázdna kyveta 4, ak sa skúma čistá kvapalná látka, alebo skúmavka naplnená rozpúšťadlom. Ak má zariadenie zabudovaný žltý filter, je pred prístrojom nainštalovaná elektrická žiarovka 1. Potom sa hranoly analyzátora privedú do polohy, v ktorej majú obe zorné polia rovnaké osvetlenie. Toto sa opakuje trikrát a zo získaných odčítaní sa vezme priemerná hodnota, ktorá sa berie ako nulová poloha hranolov. Potom sa umiestni skúmavka s testovacím roztokom alebo kvapalinou a ako je uvedené vyššie, odčítajú sa polarimetre.

Príprava roztoku. Opatrne odvážená vzorka s hmotnosťou 0,1-0,5 g sa rozpustí v odmernej banke v 25 ml rozpúšťadla. Typicky sa ako rozpúšťadlá používa voda, etanol a chloroform. Roztok by mal byť priehľadný, bez nerozpustných suspendovaných častíc a ak je to možné, bezfarebný. Ak sa získa nepriehľadný roztok, musí sa prefiltrovať cez papierový filter, zlikvidovať prvú časť filtrátu a naplniť druhú časť polarimetrickej skúmavky a pokračovať v stanovení.

Plnenie polarimetrickej trubice. Jeden koniec polarimetrickej bunky 4 (obr. 1.101) je zaskrutkovaný pomocou dýzy. Skúmavka sa umiestni vertikálne a naplní sa roztokom, kým sa nad horným koncom trubice nevytvorí okrúhly meniskus. Na koniec trubice sa umiestni sklenená platňa tak, aby v trubici nezostali žiadne vzduchové bubliny, a potom sa naskrutkuje mosadzná tryska.

Pozor/ Medzi sklo a mosadznú trysku je umiestnená gumená podložka. & sa nesmie umiestniť medzi koniec sklenenej trubice a sklenenú výstelku, pretože by došlo k prerušeniu kontaktu medzi sklom a sklom.

Polarimetrická trubica naplnená roztokom sa umiestni do polarimetra a rotácia sa meria odčítaním stupnice. Vykonajú sa aspoň tri merania a získané údaje sa spriemerujú. Pozorovaná rotácia sa vypočíta ako rozdiel medzi získanými a nulovými hodnotami. Tento výsledok sa použije na výpočet špecifickej rotácie pomocou jedného z uvedených vzorcov. Vypočítané hodnoty [a]^ sú porovnané s údajmi z literatúry.

PRACTICUM

Cvičenie. Určte špecifickú rotáciu vo vode pri 20 °C týchto látok: glukóza, X)-ribóza, kyselina X-askorbová, arbutín, maltóza, sacharóza, glykogén, kyselina β-askorbová.

Optická rotácia

Optická rotácia je schopnosť látky otáčať (otáčať) rovinu polarizácie, keď ňou prechádza polarizované svetlo. Túto vlastnosť majú niektoré látky nazývané opticky aktívne. V súčasnosti je známych veľa takýchto látok: kryštalické látky (kremeň), čisté kvapaliny (terpentín), roztoky niektorých opticky aktívnych látok (zlúčenín) v neaktívnych rozpúšťadlách (vodné roztoky glukózy, cukru, kyseliny mliečnej a iné). Všetky sú rozdelené do 2 typov:

• prvý typ: látky, ktoré sú opticky aktívne v akomkoľvek stave agregácie (gáfor, cukry, kyselina vínna);
• druhý typ: látky, ktoré sú aktívne v kryštalickej fáze (kremeň).

Tieto látky existujú v pravej a ľavej forme. Optická aktivita rôznych foriem látok patriacich do druhého typu má rovnaké absolútne hodnoty a rôzne znaky (optické antipódy); sú totožné a nerozoznateľné. Molekuly ľavej a pravej formy látok prvého typu sú svojou štruktúrou zrkadlové odrazy, navzájom sa líšia (optické izoméry). Čisté optické izoméry sa zároveň nelíšia od seba svojimi chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami, ale líšia sa od vlastností racemátu - zmesi optických izomérov v rovnakých množstvách. Racemát má napríklad nižšiu teplotu topenia ako čistý izomér.

Vo vzťahu k látkam prvého typu je rozdelenie na „pravé“ (d) a „ľavé“ (l) podmienené a neudáva smer rotácie roviny polarizácie, ale pre látky druhého typu toto priamo znamená smer otáčania: „pravotočivý“ (otáča sa v smere hodinových ručičiek a má hodnoty uhla α so znamienkom „+“) a „ľavotočivý“ (otáča sa proti smeru hodinových ručičiek a má hodnoty uhla α so znamienkom „-“) . Racemát obsahujúci ľavotočivé a pravotočivé optické izoméry je opticky neaktívny a je označený znakom „±“.

polarimetria

polarimetria je optická výskumná metóda, ktorá je založená na vlastnosti látok (zlúčenín) po prechode rovinne polarizovaného svetla otáčať rovinou polarizácie, teda svetelných vĺn, pri ktorých sa elektromagnetické kmitanie šíri len v jednom smere jednej roviny. V tomto prípade je rovinou polarizácie rovina, ktorá prechádza polarizovaným lúčom kolmo na smer jeho kmitov. Samotný pojem „polarizácia“ (grécky polos, os) znamená vznik smeru svetelných vibrácií.

Keď polarizovaný lúč svetla prechádza cez opticky aktívnu látku, potom sa rovina polarizácie zmení a otočí sa o určitý uhol α - uhol natočenia roviny polarizácie. Veľkosť tohto uhla vyjadrená v uhlových stupňoch sa určuje pomocou špeciálnych optických prístrojov - polarimetrov. Na meranie sa používajú polarimetre rôznych systémov, ale všetky sú založené na rovnakom princípe činnosti.

Hlavné časti polarimetra: polarizátor je zdrojom polarizovaných lúčov a analyzátor je zariadenie na ich štúdium. Tieto časti sú špeciálne hranoly alebo platne, ktoré sú vyrobené z rôznych minerálov. Na meranie optickej rotácie lúč svetla z lampy vo vnútri polarimetra najprv prechádza polarizátorom, aby sa získala špecifická orientácia polarizačnej roviny, a potom polarizovaný lúč svetla prechádza cez testovanú vzorku, ktorá je umiestnená medzi polarizátorom a analyzátor. Ak je vzorka opticky aktívna, rovina jej polarizácie sa otáča. Ďalej polarizovaný lúč svetla so zmenenou rovinou polarizácie vstupuje do analyzátora a nemôže ním úplne prejsť, dochádza k stmavnutiu. A aby svetelný lúč úplne prešiel cez analyzátor, musí sa otočiť o uhol, ktorý sa bude rovnať uhlu natočenia roviny polarizácie skúmanou vzorkou.

Hodnota uhla natočenia konkrétnej opticky aktívnej látky závisí od jej povahy, hrúbky vrstvy a vlnovej dĺžky svetla. Hodnota uhla α pre roztoky závisí aj od koncentrácie obsiahnutej látky (opticky aktívnej) a od charakteru rozpúšťadla. Ak vymeníte rozpúšťadlo, uhol rotácie sa môže zmeniť čo do veľkosti aj znamienka. Uhol natočenia závisí aj od teploty testovanej vzorky, preto sú pre presné merania v prípade potreby vzorky termostatované. Keď sa teplota zvýši z 20 °C na 40 °C, optická aktivita sa zvýši. Vo väčšine prípadov je vplyv teploty, pri ktorej sa meranie vykonáva, zanedbateľný. Podmienky, za ktorých sa uskutočňujú stanovenia (ak nie sú k dispozícii ďalšie pokyny): 20 °C, vlnová dĺžka svetla 589,3 nm (vlnová dĺžka čiary D sodíkového spektra).

Polarimetrická metóda sa používa na vykonávanie testov na posúdenie čistoty látok, ktoré sú opticky aktívne, a na stanovenie ich koncentrácie v roztoku. Čistota látky sa hodnotí hodnotou špecifickej rotácie [α], ktorá je konštantou. Hodnota [α] je uhol natočenia roviny polarizácie v špecifickom opticky aktívnom prostredí s hrúbkou vrstvy 1 dm pri koncentrácii tejto látky 1 g/ml, pri 20°C a vlnovej dĺžke 589,3 nm. .

Výpočet [a] pre látky, ktoré sú v roztoku:

Pre tekuté látky (napr. niektoré oleje):

Teraz, keď zmeriame uhol rotácie, poznáme hodnotu [α] konkrétnej látky a dĺžku ℓ, môžeme vypočítať koncentráciu látky (opticky aktívnej) v skúmanom roztoku:

Je potrebné poznamenať, že hodnota [α] je konštantná, ale len v určitom koncentračnom rozsahu, čo obmedzuje možnosť použitia tohto vzorca.

AplikáciapolarimetriaVkontrola kvality

Polarimetrická výskumná metóda sa používa na identifikáciu látok, kontrolu ich čistoty a kvantitatívnu analýzu.

Pre liekopisné účely sa metóda používa na stanovenie kvantitatívneho obsahu a identity látok v liekoch a používa sa aj ako test čistoty, ktorý potvrdzuje neprítomnosť opticky neaktívnych cudzích látok. Metóda polarimetria regulované v OFS 42-0041-07 „Polarimetria“ (Štátny liekopis Ruskej federácie XII vydanie, časť 1).

Dôležitosť stanovenia optickej aktivity pre liečivá je spojená so zvláštnosťou optických izomérov, ktoré majú rôzne fyziologické účinky na ľudské telo: biologická aktivita ľavotočivých izomérov je často silnejšia ako pravotočivých izomérov. Napríklad niektoré liečivá, ktoré sa vyrábajú synteticky, existujú vo forme optických izomérov, ale majú biologickú aktivitu iba vo forme ľavotočivého izoméru. Napríklad liek levomethicín je biologicky aktívny iba vo svojej ľavotočivej forme.

Pri výrobe kozmetických výrobkov polarimetria použité v kontrola kvality na analýzu a stanovenie koncentrácie látok, ktoré sú opticky aktívne v surovinách a produktoch, ako aj na ich identifikáciu a čistotu. Táto metóda je dôležitá napríklad pri rozbore éterických olejov, pretože biochemické a fyziologické účinky ich optických izomérov sú rôzne, rozdiely sú vo vôni, chuti a farmakologických vlastnostiach. Takže (-)-α-bisabolol v harmančeku má dobrý protizápalový účinok. Ale (+)-α-bisabolol izolovaný z balzamového topoľa a synteticky získaný (±)-bisabolol (racemát) majú podobný účinok, ale v oveľa menšom rozsahu.

Pokiaľ ide o zápach, optické izoméry látky sa líšia kvalitou aj silou zápachu: ľavotočivé izoméry majú často silnejšiu arómu a kvalita zápachu je vnímaná ako prijateľnejšia, zatiaľ čo pravotočivé izoméry niekedy nemajú žiadnu arómu. To je dôležité pri výrobe parfumov a kozmetiky. Teda (+)-karvón v rascovom esenciálnom oleji a (-)-karvón v mätovom esenciálnom oleji majú úplne odlišné vône.

Zloženie esenciálnych olejov zahŕňa veľa zložiek, ktoré majú vlastnosť optickej aktivity s rôznymi uhlami rotácie, ktoré sa v dôsledku miešania navzájom kompenzujú a potom má esenciálny olej výslednú optickú rotáciu (optická rotácia konkrétneho esenciálneho oleja olej). Napríklad uhol natočenia (podľa referenčných údajov) pre eukalyptovú silicu je v rozsahu od 0° do +10°, pre levanduľovú silicu – v rozsahu od -3° do -12°, pre jedľovú silicu – v rozsahu od -24° do -46°, pre kôprovú silicu – v rozsahu od +60° do +90°, pre grapefruitovú silicu – v rozsahu od +91° do +92°. Pri identifikácii je dôležité vedieť, že syntetické silice nemajú vlastnosť optickej aktivity, ktorá ich odlišuje od prírodných.

Merania sa vykonávajú v súlade s GOST 14618.9-78 „Esenciálne oleje, vonné látky a medziprodukty ich syntézy. Metóda určenia uhla natočenia a veľkosti špecifického natočenia roviny polarizácie.“

Ako príklad aplikácie polarimetria v potravinárskom priemysle kontrola kvality med Ako je známe, tento produkt obsahuje monosacharidy, redukujúce oligosacharidy, niektoré hydroxykyseliny a iné, ktoré majú rôzne molekulárne štruktúry a priestorové usporiadanie skupín atómov v nich. Tieto zložky sú opticky aktívne a ich prítomnosť určuje schopnosť meniť rovinu polarizácie. Rôzne sacharidy obsiahnuté v mede (fruktóza, glukóza, sacharóza a iné) rôznymi spôsobmi otáčajú rovinu polarizácie a ich rozdielna optická aktivita dáva predstavu o kvalite medu. V tomto prípade sa zisťuje falošný med, napríklad med cukrový, ktorý má špecifickú rotáciu v rozmedzí od +0,00° do -1,49°, na rozdiel od kvetového medu, ktorý má priemernú špecifickú rotáciu -8,4°. Môžete tiež určiť zrelosť medu: kvalitný med má vysoký obsah fruktózy alebo glukózy a nízky obsah sacharózy. Merania sa vykonávajú podľa GOST 31773-2012 „Med. Metóda stanovenia optickej aktivity“.

Polarimetrická testovacia metóda je cenná pre svoju vysokú presnosť, je jednoduchá a zaberie málo času.

Zapnuté výrobná zmluva KorolevPharm LLC prebieha kontrola kvality surovín a hotových výrobkov kozmetiky, potravinových výrobkov a doplnkov stravy sa na kruhovom polarimetri SM-3 vykonávajú skúšky na zistenie koncentrácie a čistoty niektorých látok, ktoré majú vlastnosť optickej aktivity. Toto zariadenie umožňuje merať uhol natočenia roviny polarizácie priehľadných a homogénnych roztokov a kvapalín. Napríklad stanovenie koncentrácie cukru pri výrobe sirupov. Zariadenie sa používa aj v procese výskumných prác pri vývoji nových typov produktov. Tento polarimeter umožňuje merať uhol natočenia v rozsahu 0°-360° s chybou nie väčšou ako 0,04°. Overenie zariadenia štátnou metrologickou službou v stanovených intervaloch zabezpečuje presnosť meraní, čo má kľúčový význam v procese kontroly kvality pri výrobe a uvádzaní na trh kvalitných a bezpečných výrobkov.