Поляриметрические методы анализа
3. Методические указания к выполнению лабораторной работы
“Поляриметрическое определение концентрации вещества
в растворе. Проверка закона Био при разных длинах волн”
Цель работы: Изучение принципа работы поляриметра. Определение концентрации оптически активного вещества в растворе. Экспериментальная проверка закона Био на разных длинах волн.
Краткая теория
|
Рисунок 1 – “Мгновенный портрет” электромагнитной волны. |
Световые волны представляют собой поперечные электромагнитные волны. В такой волне вектор напряженности электрического поля E перпендикулярен вектору напряженности магнитного поля H и направлению распространения волны r (рисунок 1). Плоскость, содержащую луч и электрический вектор, называют плоскостью колеба- |
ний, а плоскость, содержащую луч и магнитный вектор - плоскостью поляризации. Плоскополяризованный свет можно получить из естественного света с помощью приборов, называемых поляризаторами. Эти приборы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, которую называют плоскостью поляризатора, и полностью задерживают колебания, перпендикулярные к этой плоскости.
|
Рисунок 2 - Прохождение плоскополяризованного света через поляризатор П |
Если пропустить через поляризатор П плоскополяризованный свет так, чтобы плоскость колебаний вектора Е составляла с плоскостью поляризатора АА¢угол j (рисунок 2), то через него пройдет только параллельная составляющую ЕJ вектора Е. Амплитуда прошедших через поляризатор колебаний будет равна ЕJ=½Е½cosj (1) |
На практике измеряют обычно интенсивность, а не амплитуду. Интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, тогда для прошедшей через поляризатор интенсивности I можно записать
|
I=I0cos2b. |
(2) |
Соотношение (2) носит название закона Малюса.
При прохождении плоскополяризованного света через чистые жидкости (скипидар, никотин и др.) некоторые растворы (водные растворы сахара, винной кислоты и др.) и кристаллические вещества (кварц, рутил и др.) изменяется пространственная ориентация плоскости колебания вектора E, то есть плоскость поляризации поворачивается. Такие вещества называются оптически активными.
Явление вращения плоскости поляризации схематически показано на рисунке 3. Как видно из рисунка, ориентация плоскости колебаний вектора E после прохождения оптически активного вещества изменяется на угол Dj. В этом случае говорят, что произошел поворот плоскости поляризации на угол Dj.
Рисунок 3 - Явление вращения плоскости поляризации.
В работе используется экспериментальная установка (модифицированный поляриметр СМ-3), блок-схема которой показана на рисунке 4.
Рисунок 4 - Блок-схема экспериментальной установки:
1- источник излучения (светодиод), 2-поляризатор,
3-гнездо для кюветы с раствором оптически активного вещества,
4-анализатор, 5-шкала поворота поляризатора, 6-телескопическая система
Порядок выполнения работы
Приготовление растворов исследуемых веществ
и подготовка к измерениям
Используя лабораторные весы и мерные колбы (мензурки) приготовить требуемые серии растворов исследуемого оптического активного вещества и
рассчитать их концентрацию.
С помощью фильтрованной бумаги, смоченной растворителем, тщательно протереть внутреннюю часть кюветы поляриметра, после чего заполнить ее исследуемым раствором. Заполнять кювету раствором до тех пор, пока на верхнем ее конце не появится выпуклый мениск (от сдвигается в сторону при контакте с покровным стеклом). Положить на покровное стекло резиновую прокладку и все завернуть прижимной гайкой. После заполнения кюветы исследуемой жидкостью покровные стекла с наружной стороны кюветы тщательно протереть. В кювете не должно оставаться воздушных пузырей. Если же они имеются, их заводят в утолщенную часть кюветы, где они не будут мешать наблюдению.
Задание 1. Определение концентрации сахара по углу поворота
плоскости поляризации
Раствор сахара является оптически активным веществом. Как известно, величина угла поворота Dj плоскости поляризации линейно поляризованного света прямо пропорциональна концентрации с оптически активного вещества и длине пути L, пройденного светом в этом веществе. Таким образом,
|
Рисунок 5 - График зависимости Dj от с |
график зависимости Dj от с представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (при постоянной L). Используя график этой зависимости (рисунок 5), можно определить неизвестную концентрацию оптически активного вещества. Для этого достаточно измерить величину Dj при той же длине L и по графику найти значение концентрации Сх, соответствующей измеренной величине Dj. |
Порядок выполнения
Водный раствор сахара залить в четыре кюветы одинаковой длины. Концентрация сахара в трех кюветах известна, а концентрацию в четвертой кювете надо определить.
1. До размещения кюветы в гнезде поляриметра установите анализатор в положение j=j0. Это означает, что плоскость поляризации излучения совпадает с плоскостью пропускания анализатора. Определение нулевого отсчета производят с кюветой, наполненной дистиллированной растворителем, в котором в последующем будет растворяться оптически активное вещество.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11