|
|
 |
|
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Поляриметрия |
 |
Оптические методы исследования веществ, основанные на измерении степени поляризации света или оптической активности при просвечивании веществ
Описание
Поляриметрия, методы исследования, основанные на измерении:
1) степени поляризации света;
2) оптической активности.
Степень поляризации - величина, равная:
где Imax и Imin - максимальная и минимальная интенсивности, измеряемые при пропускании света звезды через вращающийся поляриметр. Для проходящего (поглощаемого) света
где τ|| и τ| - поглощение в направлении выравнивания поглотителей и перпендикулярно к нему.
Оптическая активность - величина вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически-активные вещества. Величина такого вращения в растворах зависит от их концентрации; поэтому поляриметрия широко применяется для измерения концентрации оптически-активных веществ. Измерение вращательной дисперсии – изменение угла вращения при изменении длины волны света – позволяет изучать строение веществ. Измерения производятся поляриметрами и спектрополяриметрами.
Оптическая активность чрезвычайно чувствительна к любым изменениям строения вещества и к межмолекулярному взаимодействию, поэтому она может дать ценную информацию о природе заместителей в молекулах (как органических, так и комплексных неорганических соединений), об их конформациях, внутреннем вращении и т.д. Трудности теоретического расчёта оптической активности химических соединений определяются принципиальной неаддитивностью явления, не позволяющей вести расчёты на основе простой схемы, как это делается, например, в случае рефракции молекулярной. Оптическая активность – эффект 2-го порядка, получаемый при учёте различия фаз световой волны в разных точках молекулы – возникает в результате электронных взаимодействий в молекуле. Влияние межмолекулярного взаимодействия на оптическую активность изучается в теории поляризуемости, где молекула рассматривается как система, состоящая из анизотропно поляризующихся атомных групп. Между такими группами при прохождении световой волны возникает специфическое электростатическое взаимодействие – дипольный момент, индуцированный волной в данной группе, в свою очередь индуцирует добавочные диполи в остальных группах.
Поляриметры могут использоваться как приборы для измерения угла вращения плоскости поляризации монохроматического света в оптически-активных веществах (дисперсию оптической активности измеряют спектрополяриметрами). В поляриметрах, построенных по схеме полутеневых приборов (рис. 1), измерение сводится к визуальному уравниванию яркостей двух половин поля зрения прибора и последующему считыванию показаний по шкале вращений, снабженной нониусом. Эту методику, несмотря на её принципиальную простоту, отличает достаточно высокая для многих целей точность измерений, что обусловило широкое применение полутеневых поляриметров.
Также поляриметры являются приборами для определения степени поляризации р частично поляризованного света. Простейший такой поляриметр — полутеневой поляриметр Корню, предназначенный для измерения степени линейной поляризации. Основными элементами этого поляриметра служат призма Волластона и анализатор. Поворотом анализатора уравнивают яркости полей, освещаемых пучками, которые при выходе из призмы имеют неодинаковую интенсивность. Фотоэлектрический поляриметр в наиболее простом случае измерения степени линейной поляризации состоит из вращающегося вокруг оптической оси поляриметр анализатора и фотоприёмника. Отношение амплитуд переменной составляющей тока приёмника к постоянной непосредственно даёт р. Поставив перед поляриметром фазовую пластинку четверть длины волны, можно использовать его для измерения степени круговой (циркулярной) поляризации.
Принципиальная схема полутеневого поляриметра: 1 — источник света; 2 — конденсор; 3—4 — полутеневой поляризатор; 5 — трубка с измеряемым оптически-активным веществом; 6 — анализатор с отсчётным устройством; 7 — зрительная труба; 8 — окуляр отсчётного устройства (например, микроскопа-микрометра).
Рис.1
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Поляриметрия широко применяется в аналитической химии для быстрого измерения концентрации оптически-активных веществ для идентификации эфирных масел и в других исследованиях.
1)Величина оптического вращения в растворах зависит от их концентрации и специфических свойств оптически-активных веществ.
2)Измерение вращательной дисперсии света (спектрополяриметрия, определение угла вращения при изменении длины волны света позволяет изучать строение веществ).
Оптическая активность веществ очень чувствительна к изменениям пространственной структуры молекул и к межмолекулярному взаимодействию.
Поляризуемость атомов, ионов и молекул определяет степень межмолекулярного взаимодействия и его влияние на оптическую активность среды.
Поляриметрия даёт ценную информацию о природе заместителей в органических молекулах, о строении комплексных неорганических соединений.
С помощью оптических поляриметров определяют величину вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически-активные среды (твёрдые вещества или растворы).
Реализации эффекта
Среди поляриметров более распространены автоматические поляриметры с фотоэлектрической регистрацией, в которых та же задача сопоставления двух интенсивностей решается поляризационной модуляцией светового потока и выделением на выходе приёмника света сигнала основной частоты (рис. 1). Современные автоматические поляриметры позволяют измерять углы оптического вращения с точностью ~ 0,0002°.
Схемы автоматических поляриметров с фотоэлектрической регистрацией, основанные на модуляции света по плоскости поляризации (схема б отличается от а лишь наличием магнитооптического модулятора М, поэтому её элементы не снабжены цифровыми обозначениями). 1 — источник света; 2 — конденсор; 3 — поляризатор-модулятор света по плоскости поляризации; 4 — ячейка (кювета) с измеряемым оптически-активным веществом; 5 — анализатор; 6 — фотоприёмник; 7 — усилитель; РД — реверсивный электродвигатель. Промодулированный по интенсивности (после прохождения через анализатор) свет преобразуется фотоприёмником в переменное напряжение V2, усиливаемое до V'2 которое подаётся на одну из двух обмоток двухфазного РД, кинематически связанного с анализатором и отсчётным устройством. На другую обмотку подаётся синусоидальное (модулирующее) напряжение V1; его частота равна частоте первой гармоники модулируемого света. РД автоматически поворачивает анализатор на угол, равный измеряемому вращению. Результат измерений не зависит от изменений интенсивности света, амплитуды угловых колебаний плоскости его поляризации и коэффициента усиления в 7, что позволяет проводить измерения для сред с большим поглощением и не требует стабилизации усиления.
Рис.1
Плоскости поляризации двух половин полутеневых поляризаторов P1 и P2 составляют между собой малый угол 2α. Поэтому, если плоскость поляризации анализатора АА перпендикулярна биссектрисе 2α (рис.1а), обе половины I и II поля зрения имеют одинаковую освещённость, т. е. не полностью погашены (полутень, откуда название). При малейшем повороте анализатора относительная освещённость I и II резко меняется (рис.1б и в). Примеры конструкций полутеневых поляризаторов: рис.1г — схема Липпиха; P1 и P2 — две поляризационные призмы, одна из которых закрывает половину поля зрения, А — анализатор; рис.1д — схема Лорана; за поляризационной призмой Р устанавливают фазовую пластинку М в 1/2 длины волны, главная плоскость которой составляет угол a с плоскостью поляризации Р; D — диафрагма, ограничивающая поле зрения.
Полутеневые поляризаторы
Рис.1
Литература
1. Большая советская энциклопедия / Н.К. Байбанов, В.Хю Василенко, Л.М. Володарский, В.В. Вольский, Б.М. Вул, Е.М. Жуков и т.д. 1977г., стр. 578
2. Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М.-Л., 1951, стр.143
