Вращение плоскости поляризации в кристаллах
Изучение вращения плоскости поляризации
В растворах оптически активных веществ
Цель работы
1.1. Ознакомиться с явлением вращения плоскости поляризации оптически активных веществ
1.2. Изучить принцип действия и устройство поляриметра.
1.3.Определить экспериментально удельное вращение оптически активного вещества и его концентрацию в растворе.
Теоретическая часть
Среди процессов взаимодействия света с веществом (дисперсия, рассеяние и поглощение света) важное место занимает явление вращения плоскости поляризации света. Было обнаружено, что многие твердые жидкие вещества обладают свойством вращать плоскость колебаний линейно поляризованного света, проходящего через них. Такие вещества получили название оптически активных.
Вращение плоскости поляризации в кристаллах
Явление вращения плоскости поляризации было открыто при изучении двойного лучепреломления в кварце (Араго, 1811г.). Кварц является одноосным кристаллом, поэтому при пропускании света вдоль оптической оси он должен был вести себя как изотропное тело (вдоль оптической оси обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются с одинаковой скоростью). Однако было обнаружено, что при прохождении через кварц вдоль оптической оси плоско поляризованного света на выходе из кристалла плоскость поляризации повернулась на некоторый угол j рис.2.1. Меняя длину волны плоско поляризованного света, легко установить, что угол поворота для разных длин волн различен, т.е. имеет место вращательная дисперсия.
Для данной длины волны угол поворота плоскости поляризации j пропорционален толщине пластинки d. Вращательную способность твердых веществ характеризуют величиной угла a, на который поворачивает плоскость поляризации пластинка толщиной 1 мм:
j= a·d, (2.1)
где j – угол поворота, d – толщина пластинки в мм, a – коэффициент, зависящий от длины волны, природы вещества и температуры. Для кварца a=21,7° (для l=589,3 нм).
Направление вращения (знак) меняется при изменении направления распространения света, поэтому принято направление вращения устанавливать для наблюдателя, смотрящего навстречу световому пучку.
Экспериментально обнаружено, что существует два сорта кварца: правовращающий, или положительный, дающий поворот плоскости поляризации вправо (по часовой стрелке), и левовращающий, или отрицательный (поворот против часовой стрелки). Величина вращения в обоих случаях одинакова (a+ = a-).
Явление вращения плоскости поляризации наблюдается и тогда, когда свет направлен не вдоль оптической оси кристалла, а под углом к ней. Но изучение его в этих условиях значительно труднее, поскольку явление частично маскируется обычным двойным лучепреломлением.