Меню

Угол вращения плоскополяризованного света



Определение оптического вращения

Для оптически активных веществ определяют величину вращения плоскости поляризации. Оптическое вращение — способность вещества отклонять плоскость поляризации при прохождении через него плоскополяризованного света. В зависимости от природы вещества вращение плоскости поляризации может иметь различные направление и величину. Различают правовращающие вещества (условно обозначают d или +) и левовращающие вещества (условно обозначаются I или -). Величину отклонения плоскости поляризации от начального положения, выраженную в угловых градусах, называют углом вращения и обозначают а. Величина угла зависит от природы оптически активного вещества, толщины слоя вещества, температуры и длины волны света. Величина угла вращения прямо пропорциональна толщине слоя. Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации вычисляют так называемое удельное вращение.

Удельным вращением называют вращение плоскости поляризации, вызванное слоем вещества толщиной 1 дм при пересчете на содержание 1 г вещества в 1 мл объема. Для жидких веществ удельное вращение определяют по формуле:

Для растворов веществ:

где аlpha — измеренный угол вращения в градусах; l — толщина слоя жидкости, дм; с — концентрация раствора, выраженная в граммах на 100 мл раствора; d — плотность жидкости.

Величина удельного вращения зависит также от природы растворителя и концентрации раствора. При замене растворителя может изменяться не только величина угла вращения, но и его направление. Во многих случаях удельное вращение постоянно лишь в определенном интервале концентраций. В интервале концентраций, при которых удельное вращение постоянно, можно по углу вращения рассчитать концентрацию вещества в растворе:

Ряд оптически активных веществ в растворе изменяет угол вращения до определяемой постоянной величины. Это объясняется наличием в растворе смеси стереоизомерных форм, имеющих различные значения угла вращения. Только через некоторое время устанавливается в растворе равновесие между различными оптическими изомерами. Особенно часто с этим явлением приходится встречаться при анализе сахаров. Свойство растворов в течение некоторого времени изменять величину угла вращения называется мутаротацией.

Определение угла вращения плоскости поляризации проводят в приборах, называемых поляриметрами. Правила пользования данной моделью поляриметра изложены в инструкции к прибору. Определение, как правило, проводят для D — линии натрия при 20 С.

Общий принцип устройства и работы поляриметров заключается в следующем. Луч от источника света направляется через желтый светофильтр в призму-поляризатор. Проходя через призму Николя, луч света поляризуется, колебания его совершаются только в одной плоскости. Плоскополяризованный свет пропускают через кювету с раствором оптически активного вещества. При этом отклонение плоскости поляризации света определяют с помощью второй, вращающейся, призмы Николя (анализатора), которая жестко связана с градуированной шкалой. Наблюдаемое через окуляр значительное поле, разделенное на две или три части различной яркости, следует сделать равномерно освещенным, поворачивая анализатор. Величину поворота считывают со шкалы. Для проверки нулевой точки прибора проводят аналогичные измерения без исследуемого раствора. Направление плоскости поляризации, как правило, устанавливают направлением поворота анализатора. Конструкция отечественных поляриметров такова, что если для получения однородного освещенного поля зрения приходится повернуть анализатор вправо, т. е. по часовой стрелке, то исследуемое вещество было правовращающим, что обозначается знаком + (плюс) или d. При повороте анализатора против часовой стрелки получаем левое вращение, обозначаемое знаком — (минус) или I.

Читайте также:  Тело движущееся со скоростью света

В других приборах точное направление вращения определяют при помощи повторного измерения, которое проводят либо с половинной толщиной слоя жидкости либо с половинной концентрацией. Если при этом получают угол вращения а/2 или а/2+900, то можно считать, что вещество является правовращающим. Если новый угол вращения равен 90 — а/2 или 180 -а/2, то вещество обладает левым вращением. Удельное вращение не очень сильно зависит от температуры, однако для точных измерений термостатирование кюветы необходимо. При данных по оптическому вращению необходимо указывать применяемый растворитель и концентрацию вещества в растворе, например [а]о = 27,3 в воде (С=0,15 г/мл).

Поляриметрические определения применяют как для установления количественного содержания оптически активных веществ в растворах, так и для проверки их чистоты.

Источник

Вращение плоскости поляризации

Процесс вращения плоскости поляризации поперечных волн

Различают несколько классов волн: гравитационные, акустические, электромагнитные и прочие. Круговое движение плоскости поляризации в поперечной волне происходит за счет поворотного движения вектора поляризации линейно-поляризованной поперечной волны относительно ее волнового вектора в процессе их проникновения в среде со свойством анизотропии.

Линейно-поляризованные волны в подобном случае описываются явлением суперпозиции волн с циркулярной поляризацией, имеющих равные амплитудное значение и значение вектора волны. В среде со свойством изотропии проекции векторов этих волн на плоскость поляризации будут производить синфазные колебания, а сумма их значений будет равняться векторам просуммированных линейно-поляризованных волн.

Поляризационная плоскость вертится благодаря набегу различия фаз, появляющемуся между циркулярно поляризованными составными частями линейно-поляризованных волн в момент их продвижения в циркулярной среде с анизотропией. В процессе электромагнитных колебаний эта среда являет собой оптически активное пространство, еще ее называют гиротропной. В случае с упругими поперечными колебаниями эта среда являет собой акустически активное пространство.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

В процессе верчения поляризационной плоскости параллельно кругу вектора волны угол проекции колебаний полевых векторов, что равняется половине разности фаз, опять-таки станет синфазным. В подобном случае такая поворачиваемая плоскость преобразуется в поляризованную плоскость.

При разных фазовых скоростях циркулярно поляризованные волны будут отставать друг от друга, следствием чего будет наблюдаться отличие между проекциями их колебаний на плоскую поверхность. Это отличие будет постоянно меняться с продвижением волн (для однородной среды оно будет расти линейно).

В среде, которая оптически активна и состоит из различных по активности молекул, поляризационная плоскость вращается пропорционально, в соответствии с плотностью этой субстанции. Эта зависимость лежит в основе поляриметрического метода определения степени концентрации таких субстанций в растворах.

В случае с акустическими волнами верчение поляризационной плоскости происходит лишь в упругих поперечных волнах из-за неопределенного состояния поляризационной плоскости в продольных волнах. Поэтому подобное явление может иметь место только в кристаллических агрегатных состояниях субстанций, так как в газообразном и жидком агрегатном состоянии нет поперечных составляющих.

Эффектом фотоупругости называется процесс, в котором циркулярная анизотропия зависима от магнитного и электрического полей, воздействующих на вещество снаружи, а также от механического воздействия. Часто наблюдается эффект дисперсии, что показывает зависимость между величиной анизотропии и длинной волны.

Читайте также:  Что это тепло энергия сила света

Процесс вращения плоскости поляризации в средах с оптической активностью

Электромагнитная теория про световые явления гласит о поперечности плоских световых волн. Поляризованная волна — это такая электромагнитная волна, имеющая упорядоченные по разным причинам направления волн магнитного и электрического векторов.

Понятие суперпозиции свечения атомов являет собой излучение, что состоит из немереного количества атомов, что светятся. Эти излучения являются спонтанными, они не зависят один от другого, и это является причиной того, что направление вектора света хаотично изменяется.

Опираясь на вышесказанное, можно утверждать, что неполяризованный свет в любой точке будет находиться в суперпозиции некогерентных перпендикулярных друг другу колебательных волн напряженностей равных амплитудам магнитных и электрических полей. Если амплитуды этих колебаний различны, то будет происходить эффект частичной поляризации световых волн.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Вращающаяся поляризационная плоскость в природе

Понятие вращающейся поляризационной плоскости используют в некоторых устройствах, например, в модуляторах или оптических затворах.

Часть оптически активных субстанций имеют способность вертеть поляризационную плоскость.

Если вещество имеет такую способность в жидком агрегатном состоянии, оно сохраняет эту способность и в твердом агрегатном состоянии. Хотя, имея это свойство, твердые тела могут лишаться его при переходе в жидкость (например, расплавленный кварц). То есть оптическая активность зависит не исключительно от асимметрии молекулярной структуры субстанции, но и от характеристик его кристаллических решеток.

Процесс верчения поляризованных плоскостей изучал еще в 1817 году в своих работах ученый О. Френель. В его работах говорится о том, что скорость движения волны свет в оптически активной среде отличается для поляризованных по окружности влево и вправо пучков света. Метод измерения концентраций растворов оптически активных субстанций опирается на процесс верчения поляризационных плоскостей. Этот метод считается очень точным и называется сахариметрией.

Позже М Фарадеем была установлена зависимость между оптическим и электромагнитным явлениями. Он обнаружил верчение поляризационных плоскостей для оптически неактивных сред, возникающее при влиянии магнитного поля. Это явление позже получило название эффекта Фарадея.

Источник

ОФС.1.2.1.0018.15 Поляриметрия

Оптическое вращение – свойство вещества вращать плоскость поляризации при прохождении через него поляризованного света.

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

Поляриметрия ОФС.1.2.1.0018.15
Взамен ГФ
XII,ч.1, ОФС 42-0041-07

Оптическое вращение – свойство вещества вращать плоскость поляризации при прохождении через него поляризованного света.

В зависимости от природы оптически активного вещества вращение плоскости поляризации может иметь различное направление и величину. Если от наблюдателя, к которому направлен свет, проходящий через оптически активное вещество, плоскость поляризации вращается по часовой стрелке, то вещество называют правовращающим и перед его названием ставят знак (+); если же плоскость поляризации вращается против часовой стрелки, то вещество называют левовращающим и перед его названием ставят знак (–).

Величину отклонения плоскости поляризации от начального положения, выраженную в угловых градусах, называют углом вращения и обозначают греческой буквой α. Величина угла вращения зависит от природы оптически активного вещества, длины пути поляризованного света в оптически активной среде (чистом веществе или растворе) и длины волны света. Для растворов величина угла вращения зависит от природы растворителя и концентрации оптически активного вещества. Величина угла вращения прямо пропорциональна длине пути света, т. е. толщине слоя оптически активного вещества или его раствора. Влияние температуры в большинстве случаев незначительно.

Читайте также:  Ученые наса предсказали конец света

Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации света вычисляют величину удельного вращении [α].

Удельное оптическое вращение представляет собой угол вращения α плоскости поляризации монохроматического света при длине волны линии D спектра натрия (589,3 нм), выраженный в градусах, измеренный при температуре 20 ºС, рассчитанный для толщины слоя испытуемого вещества 1 дм и приведенный к концентрации вещества, равной 1 г/мл. Выражается в градус-миллилитрах на дециметр-грамм [(º) ∙ мл ∙ дм -1 ∙ г -1 ].

Иногда для измерения используют зеленую линию спектра ртути с длиной волны 546,1 нм.

При определении [α] в растворах оптически активного вещества необходимо иметь в виду, что найденная величина может зависеть от природы растворителя и концентрации оптически активного вещества.

Замена растворителя может привести к изменению [α] не только по величине, но и по знаку. Поэтому, приводя величину удельного вращения, необходимо указывать растворитель и выбранную для измерения концентрацию раствора.

Удельное вращение определяют в пересчете на сухое вещество или из высушенной навески, что должно быть указано в фармакопейной статье.

Измерение угла вращения проводят на поляриметре, позволяющем определить величину угла вращения с точностью ± 0,02 ºС при температуре (20 ± 0,5) ºС. Измерения оптического вращения могут проводиться и при других значениях температуры, но в таких случаях в фармакопейной статье должен быть указан способ учета температуры. Шкалу обычно проверяют при помощи сертифицированных кварцевых пластинок. Линейность шкалы может быть проверена при помощи растворов сахарозы.

Оптическое вращение растворов должно быть измерено в течение 30 мин с момента их приготовления; растворы или жидкие вещества должны быть прозрачными. При измерении прежде всего следует установить нулевую точку прибора или определить величину поправки с трубкой, заполненной чистым растворителем (при работе с растворами), или с пустой трубкой (при работе с жидкими веществами). После установки прибора на нулевую точку или определения величины поправки проводят основное измерение, которое повторяют не менее 3 раз.

Для получения величины угла вращения α показания прибора, полученные при измерениях, алгебраически суммируют с ранее найденной величиной поправки.

Величину удельного вращения [α] рассчитывают по одной из следующих формул.

Для веществ, находящихся в растворе:

где α – измеренный угол вращения, градусы;

l – толщина слоя, дм;

c – концентрация раствора, г вещества на 100 мл раствора.

Для жидких веществ:

где α – измеренный угол вращения, градусы;

l – толщина слоя, дм;

ρ – плотность жидкого вещества, г/мл.

Измерение величины угла вращения проводят для оценки чистоты оптически активного вещества или для определения его концентрации в растворе. Для оценки чистоты вещества по уравнению (1) или (2) рассчитывают величину его удельного вращения [α]. Концентрацию оптически активного вещества в растворе находят по формуле:

Поскольку величина [α] постоянна только в определенном интервале концентраций, возможность использования формулы (3) ограничивается этим интервалом.

Источник

Adblock
detector