Поляриметр своими руками
Оба луча, обыкновенный и необыкновенный, полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Плоскость колебаний необыкновенного луча совпадает с главным сечением кристалла, а плоскость колебаний обыкновенного луча перпендикулярна к нему.
Для получения плоскополяризованного света достаточно удалить один из лучей, образовавшихся при двойном лучепреломлении. Это достигается различными способами.
1.4 Прохождение поляризованного света через вещества
При прохождении линейно-поляризованного света через некоторые вещества плоскость поляризации световых лучей поворачивается. Это явление называется вращением плоскости поляризации. Вещества, вращающие плоскость поляризации, называются оптически активными.
Оптическая активность вещества обуславливается двумя факторами:
1. особенностями кристаллической решетки вещества;
2. особенностями строения молекул вещества.
В зависимости от этих факторов оптически активные вещества разделяются на два типа. К первому относятся твердые кристаллы, например, кварц SiO2. Вещества второго типа проявляют активность только в растворенном или газообразном состоянии. К этой категории относятся органические вещества: глюкоза, винная кислота и др.
Плоскость поляризации вышедшего луча оказывается повернутой на некоторый угол, называемый углом поворота плоскости поляризации.
Некоторые оптически активные вещества поворачивают плоскость поляризации вправо, т.е. по часовой стрелке, если смотреть навстречу (правовращающие вещества), другие - влево (левовращающие вещества).
Удельное вращение зависит от длины волны света, рода растворителя, температуры раствора. С увеличением длины волны a0 уменьшается, с увеличением температуры – увеличивается.
Обычное удельное вращение относится к температуре 20°С и желтой линии натрия l0 и обозначают .
Удельное вращение плоскости поляризации численно равно углу поворота плоскости поляризации при длине пути в 1м и объемной концентрации данного оптически активного вещества, равной 1кг/м 3 .
2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
2.1 Описание прибора и принципа его действия
Поляриметр круговой СМ предназначен для измерения углов вращения плоскости поляризации света оптически активными веществами.
Оптическая схема поляриметра типа СМ изображена на рис.8.
Рис.8. Оптическая схема поляриметра
Свет от источника 1 (матовая электрическая лампочка) проходит последовательно через цветной светофильтр 2, поляризатор 3, диафрагму плоскопараллельной кварцевой пластинкой 4, поляриметрическую трубку 5, анализатор 6, зрительную трубку и попадает в глаз наблюдателя 9.
Анализатор можно вращать относительно оси прибора с помощью специального фрикциона 2. Вместе с анализатором вращается зрительная труба и диск 7. Благодаря двум нониусам, которые нанесены на диск, можно отсчитывать по лимбу 10 углы поворота анализатора от 0 до 369 0 с точностью до 0,05. Поляризатор 3 установлен неподвижно.
Пучок света, прошедший через поляризатор, оказывается поляризованным линейно. Вектор напряженности электрического поля совершает колебания в плоскости главного сечения поляризации. На рис.9 это плоскость РР, плоскость главного сечения анализатора АА, счет идет из-за плоскости чертежа к наблюдателю. Стрелки указывают направление колебаний вектора .
Оптически активные вещества (ОАВ), имеющие несимметричную молекулярную структуру, поворачивают плоскость поляризации линейно поляризованного света на угол альфа - угол вращения плоскости поляризации, который зависит от природы оптически активного вещества, его концентрации, длины волны света и температуры. Величина, характеризующая зависимость угла поворота плоскости поляризации от длины волны Д - альфа/Д, называется дисперсией оптического вращения. Величина угла поворота пропорциональна толщине слоя вещества и концентрации вещества. Характеристика природы вещества учитывается удельным углом вращения. Угол поворота плоскости поляризации измеряют обычно при 20,0°C и стандартной длине волны 589,3 нм (D-линия Натрия).
Поляриметрия широко применяется для исследования строения оптически активных веществ и измерения их концентрации. Оптическая активность - эффект второго порядка, получаемый при учёте различия фаз световой волны в разных точках молекулы, который возникает в результате электронных взаимодействий в молекуле. 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. На оптическую активность веществ влияют силы межмолекулярного взаимодействия, которые можно рассматривать в модели молекулы как системы анизотропно поляризующихся атомных групп, между которыми в поле световой волны возникает специфическое электростатическое взаимодействие, индуцирующее дополнительное диполь-дипольное взаимодействие.
Трудности теоретических оценок оптической активности химических соединений определяются неаддитивностью явления, не позволяющей вести расчёты на основе простой схемы, как, например, в случае молекулярной рефракции. Перспективными здесь являются методы поляриметрии, основанные на измерении поляризационных свойств прошедшего через тестируемое вещество квазимонохроматического излучения различных спектральных диапазонов.
Примеры некоторых оптически активных веществ: эфедрин, эрготамин, коскапин, преднизолон, эскитон, ментол, гидроколтизон, скопорамин, аспаргин и его кислоты, аспартем, гуммарабик (E414), арабиноз, альгиновая кислота, изолейцин, изоаскорбиновая (эриторбовая) кислота (E315). глутамин и его кислоты, глутамат, хлорофил, холекальциферол (витамин D3), ментилацетат, циклодекстрины, цистеин, цинеол, винная кислота (и другие кислоты, содержащие тартарат – например, гидротартарат калия), тиросин, тианин, токоферол, треонин, натамизин, валин, пантогеновая кислота, биотин, гидроксипролин, хистидин, гидроксипромин, фениланин, пролин, периллальделид, борнеол, токоферол, метионин, лизин, рибофлавин, лейцин, аскорбинова кислота и лактоза.
Приборы для измерения угла вращения оптически активных веществ.
В настоящее время существует множество приборов для измерения угла вращения оптически активных веществ, которые отличает чрезвычайное разнообразие как сфер применения, так и конструктивного оформления, и принципов действия. Условно их можно разделить на три группы:
Оптические поляриметры.
Яркий представитель этого класса, отечественный круговой поляриметр СМ-3. Обладает лишь одним преимуществом – ценой. Крайне неудобен в работе. Огромное влияние человеческого фактора на получение результата.
Полуавтоматические поляриметры. Приведем модель известного японского производителя оптических приборов – ATAGO, модель называется Polax-2L. Данную модель выбирают небольшие фармацевтические компании, аптеки, исследовательские подразделения.
Автоматические поляриметры.
Здесь линейка представлена тремя моделями в различных комплектациях. Современный, быстрый, точный и стабильный поляриметр SAC-i (для сахарной промышленности, фармацевтики). И наконец проверенный временем автоматический поляриметр AP-300. Обратитесь в нашу компанию, и мы поможем Вам сделать правильный выбор!
Поляриметр (полярископ, — только для наблюдения) — прибор, предназначенный для измерения угла вращения плоскости поляризации, вызванной оптической активностью прозрачных сред, растворов (сахарометрия) и жидкостей. В широком смысле поляриметр — это прибор, измеряющий параметры поляризации частично поляризованного излучения (в этом смысле могут измеряться параметры вектора Стокса, степень поляризации, параметры эллипса поляризации частично поляризованного излучения и т.п.).
Применяется для изучения структуры и свойств вещества. Имеет прикладное применение в лабораториях пищевой, химической промышленности и других отраслях науки и производства для определения концентрации растворов оптически активных веществ, таких как сахар, глюкоза,белок, по углу вращения плоскости поляризации. Рекомендуется больным сахарным диабетом для индивидуального контроля содержания сахара в моче. Также позволяет наблюдать и измерить остаточные напряжения в стекле.
Поскольку существует масса различных областей применения, то конструкции поляриметров могут отличаться, но ключевые элементы одинаковы.
· Источник света — чаще это натриевая лампа или лампа накаливания с тепловым экраном для защиты образца от ИК излучения (для твердых деталей важно избегать термических деформаций, для жидкостей — градиента плотности) и матовым стеклом, дающим равномерную засветку наблюдаемой области.
· Светофильтр — элемент, выделяющий определенную область в спектре, так как во многих поляриметрах используется монохроматический свет. Таким элементом может быть пластина из фильтрующего вещества или призма.
· Двух поляризаторов расположенных по обе стороны от анализируемого образца/системы (часто один из них этополяроид, а второй либо поляроид, либо призма Николя). В случаях, когда исследуется как поляризуется объектом естественный свет, либо объект сильно удалён (например, в космосе), достаточно и одного поляризатора.
· Компенсаторов — фазовых пластинок, которые имеют толщину обычно кратную четверти или половине длины волны, для подбора метода измерений. Существуют также бескомпенсаторный схемы поляриметров, в которых по ряду причин фазовые пластины могут отсутствовать. Ограничение спектра — основная из причин отказа от компенсатора в схеме.
· Измерительное устройство углового положения как поляризаторов, так и компенсатора — лимб или электронныйдатчик.
Ирина Лисичкина 11 января 2015 13:32 источник: SteelLand раздел: Главная Статьи Аналитика
Поляриметры широко и эффективно применяются в первую очередь в поляриметрии для изучения структуры и свойств веществ, а также для других научных исследований и решения технических задач
По теме
Группа НЛМК запускает беспроводную сеть Private LTE/5G на производственных площадках
В 2021 году Гайский ГОК увеличил переработку руды на 3,6%
Любому современному предприятию необходимо обеспечивать контроль качества той продукции, которая им выпускается. Чтобы определить уровень качества различных изделий, пользуются специальным лабораторным оборудованием. Видов подобной техники существует великое множество. Например, можно рассмотреть особенности применения такого измерительного прибора, как поляриметр.
Основные свойства прибора
Поляриметр — это современное специализированное устройство, которое используется для определения состава вещества при помощи поляризации света. Помимо всего прочего, с помощью такого оборудования можно определять степень активности прозрачных сред и различных растворов. Техника этого типа активно используется в наше время на различных предприятиях.
Составные части оборудования
В состав этого измерительного приспособления входят несколько элементов, а именно:
- поляризатор;
- источники света (поляризованный и неполяризованный).
У прибора есть специальный механизм, необходимый для осуществления механического вращения. Кроме того, в приспособлении присутствует специальная ёмкость, в которую помещается исследуемое вещество. Также в приборе имеются наблюдатель и анализатор.
![]()
Как функционирует устройство
В качестве источников света выступают лампочки, оснащённые теплоэкраном. Есть матовое стекло, необходимое для осуществления засветки. Предназначение светофильтра — выделение исследуемого вещества в требуемом спектре. Прибор оснащён двумя поляризаторами. Они размещаются с двух сторон от проверяемого образца. Как правило, одним поляризатором является поляроид, вторым же призма Николя.
Где применяется поляриметр
Сфера применения поляриметров достаточно широка. Прежде всего, как и рефрактометр, поляриметр используется на предприятиях пищевой промышленности. К примеру, применяя это устройство, можно определять уровень содержания сахара в изготавливаемом напитке. Кроме того, технику активно используют в химической промышленности, а также в медицине — например, при проведении исследований, связанных с таким заболеванием, как сахарный диабет.
Читайте также: