Описание экспериментальной установки и метода. Под оптической активностью понимают способность некоторых веществ вызывать поворот плоскости поляризации проходящего через них плоскополяри­зованного света

Под оптической активностью понимают способность некоторых веществ вызывать поворот плоскости поляризации проходящего через них плоскополяри­зованного света.

Различают естественную оптическую активность и активность искусствен­ную, возникающую под влиянием воздействий (деформация, магнитное поле). Вещества, обладающие свойством естественной активности, называют оптичес­ки активными веществами. Они могут быть разделены на две большие группы: 1) оптически активные в любом агрегатном состоянии (винная кислота, скипидар, сахар и др.); 2) оптически активные только в кристаллическом состоянии (кварц, киноварь и др.).

Для веществ первой группы оптическая активность в растворах и газах от­ражает главным образом свойства отдельных, не взаимодействующих друг с дру­гом молекул. Роль растворителя, хотя и может быть существенной, не носит прин­ципиального характера.

В случае веществ второй группы оптическая активность является свойством кристалла в целом.

Количественная характеристика оптической активности - угол поворота плоскости поляризации . В растворах или газах угол поворота

(1)

где с - концентрация активного вещества;

[а] - постоянная вращения (удельное вращение), зависящая от длины волны , температуры и природы растворяемого вещества. Для твердых тел:

(2)

Согласно гипотезе Френеля, вращение плоскости поляризации обусловле­но особым типом двойного лучепреломления, при котором волны, поляризован­ные вправо и влево по кругу, распространяются в оптически активной среде с различными фазовыми скоростями. Знак угла поворота плоскости поляризации определяется соотношением скоростей циркуляционно поляризованных волн (для левокруговой) и (для правокруговой). При оптически активное вещество называется правовращающим, если же , то левовращающим.

В соответствии с гипотезой Френеля угол поворота плоскости поляриза­ции:

, (3)

где - толщина слоя оптически активного вещества;

- длина световой волны в вакууме;

и - показатели преломления вещества для лево-круговой и право-круговой волн соответственно;

- мера оптической активности вещества.

Классическая теория оптической активности приводит к следующей вели­чине оптической вращающей способности:

, (4)

. где - число активных молекул в единицы объема;

- показатель преломления среды;

- длина волны в вакууме;

g - гирация, молекулярная константа, имеющая размерность объема и зависящая от размеров и поляризуемости молекул.

Для измерения угла поворота плоскости поляризации растворами исполь­зуются поляриметры.

Одним из наиболее точных является полутеневой поляриметр, в котором установка производится не на полную темноту, а на равное затемнение двух или более частей зрения. Добиваются этого таким образом. Световой пучок, исходя­щий от матовой лампы накаливания, пройдя желтый светофильтр, конденсор и поляризатор с плоскостью пропускания , своей средней частью проходит через кварцевую пластинку и анализатор, а двумя крайними частями - только через ана­лизатор.

Кварцевая пластинка (средняя часть - рис.1) вызывает поворот плоскости поляризации на небольшой угол (от плоскости до плоскости ). Поэтому интенсивность лучей, прошедших через анализатор, будет в общем случае раз­лична для средней и крайних частей поля зрения. Возможны лишь два положения анализатора, когда интенсивности частей поля зрения одинаковы: 1) когда след плоскости пропускания анализатора совпадает с биссектрисой угла (части поля зрения); 2) когда след этой плоскости перпендикулярен биссектрисе угла (части поля зрения одинаково затемнены). Второе положение может быть зафик­сировано точнее (чувствительность глаза выше при меньшей освещенности), по­этому поляризатор обычно настраивают на затемнение, что соответствует почти полному скрещиванию поляризатора и анализатора (86-87°), так как угол, на ко­торый поворачивается плоскость колебаний в кварце, ц. 5-7°. Это положение анализатора называется нулевой точкой.

Трубка с исследуемым раствором помещается между поляризатором (с квар­цевой пластиной) и анализатором. Если исследуемое вещество является оптичес- -ки активным, то оно поворачивает плоскости поляризации всех лучей (идущих через кварц и вне его) на определенный угол . Интенсивности частей поля зре­ния становятся различными. Но можно снова установить анализатор на равное зажемление поля зрения. Для этого придется установить след его плоскости про­пускания перпендикулярно биссектрисе нового угла между плоскостями поля­ризации света, прошедшего через кварц и мимо него (, рис. 1):

Рис. 1

Угол между нулевой точкой и новым положением анализатора (при одина­ковом затемнении поля зрения) равен углу, на который поворачивает плоскость поляризации исследуемое вещество, он измеряется по шкале анализатора.

Круговой поляриметр, используемый в работе, состоит из следующих ос­новных узлов; головки анализатора, поляризующего устройства, осветителя, шта­тива и трубки для растворов (рис.2). Поляриметр имеет окуляр для наблюдения поля зрения и окуляр для наблюдения отсчетной шкалы.

S - источник света, Р - поляризатор, П-кварцевая пластинка,

Т- камера для трубок с растворами, А — анализатор

Рис.2