Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Декабря 2012 в 21:21, контрольная работа
Поляроиды. Поляризационные светофильтры. Некоторые двояко преломляющие кристаллы способны по-разному поглощать обыкновенный и необыкновенный лучи. Это свойство называется дихроизмом, а сами кристаллы дихроичными. Такие кристаллы даже при незначительной толщине (например, 1 мм для турмалина и 0,1 мм для герапатита) способны полностью поглощать обыкновенный луч. Это свойство используется при изготовлении поляроидов.
Поляроиды. Поляризационные светофильтры. Некоторые двояко преломляющие кристаллы способны по-разному поглощать обыкновенный и необыкновенный лучи. Это свойство называется дихроизмом, а сами кристаллы дихроичными. Такие кристаллы даже при незначительной толщине (например, 1 мм для турмалина и 0,1 мм для герапатита) способны полностью поглощать обыкновенный луч. Это свойство используется при изготовлении поляроидов.
Поляроиды (поляризационные светофильтры) представляют собой прозрачную, поляризующую свет пленку, содержащую множество мелких одинаково ориентированных кристалликов (например, герапатита – сернокислого иодохинина). Проходя сквозь поляроид, естественный свет почти полностью поляризуется. При этом обыкновенный луч полностью поглощается и используется только необыкновенный луч.
Призма Николя (николь). Действие призмы Николя основано на явлении двойного лучепреломления и полного внутреннего отражения. Николь – призма из исландского шпата, состоящая из двух частей склеенных канадским бальзамом. Последний имеет показатель преломления меньше, чем исландский шпат. Обыкновенный луч (о), падая на склейку под углом больше предельного, испытывает полное внутреннее отражение и выводится за пределы призмы (рис. 5) или поглощается зачерненной нижней гранью. Луч необыкновенный (е) выходит из николя параллельно нижней грани (рис. 5). Благодаря хорошим спектральным характеристикам для исследований в поляризованном свете используется в основном призма Николя.
Рис. 5. Ход лучей в призме Николя (1 – исландский шпат; 2 – канадский бальзам; о – обыкновенный луч; е - необыкновенный).
Устройство, при помощи которого получают поляризованный свет называется поляризатором. Однако глаз не различает естественный и поляризованный свет, поэтому наряду с поляризатором в приборах применяют анализаторы. При прохождении через поляризатор и анализатор интенсивность световой волны изменяется по закону Малюса:
, (1)
где Iп – интенсивность света, вышедшего из поляризатора, Iа – интенсивность света, вышедшего из анализатора, j - угол между плоскостями поляризации анализатора и поляризатора. При j = 0 (плоскости поляризации поляризатора и анализатора параллельны) интенсивность Iа – будет максимальной и равной
,
при «скрещенных» поляризаторе и анализаторе (φ =π/2) Iа – будет равной нулю.
Таким образом, скрещенные поляризатор и анализатор не пропускают свет, но если между ними поместить оптически анизотропное вещество, то поле зрения просветляется. Это объясняется тем, что поляризованный свет в анизотропном веществе раздваивается на два луча, приобретающие в его толще определенную разность хода. Анализатор выбирает из обоих лучей колебания одного направления. Пройдя анализатор и будучи когерентными, они интерферируют, усиливая или ослабляя друг друга, в зависимости от разности хода. При наблюдении в белом свете поле зрения будет цветным.
Описанное явление лежит в основе работы поляризационного микроскопа, предназначенного для исследований оптически анизотропных объектов. Для этого обычный микроскоп снабжается двумя николями – поляризатором и анализатором, расположенными по обе стороны от предметного столика и предварительно настроенными на темноту. При введении препарата поле зрения просветляется в тех местах, где он обладает анизотропией. Если препарат неоднороден (по толщине или ориентации оптических осей), то разность хода для разных его участков будет отличаться, и интерференционная картина позволит выявить структуру препарата. В белом свете поворот предметного столика с препаратом сопровождается сменой цветов, что тоже используется для определения структуры объектов. Поляризационный микроскоп позволяет изучить процесс деления клетки, строение хромосом. При помощи поляризационного микроскопа проводятся гистологические исследования структур мышечных, коллагеновых и нервных волокон, обладающих оптической анизотропией.
Поляризованный свет также используется для исследования оптически активных веществ. Оптически активными называются вещества, способные вращать плоскость поляризации света. Оптической активностью обладают кристаллы (кварц, киноварь), жидкости (скипидар), растворы (водные растворы сахара, яблочной кислоты, спиртовой раствор камфары). Оптическую активность проявляют многие природные соединения: белки, сахара, углеводы, гормоны, эфирные масла.
При прохождении через такие вещества поляризованного света плоскость его колебаний постепенно поворачивается вокруг оси светового пучка на угол, пропорциональный толщине слоя вещества. Различают право- и левовращающие вещества, у которых вращение плоскости поляризации идет по часовой стрелке или – против, соответственно.
У растворов оптически активных веществ угол вращения плоскости поляризации монохроматического света зависит от природы вещества, температуры, концентрации С и толщины слоя L:
, (2)
где a - удельное вращение, зависящее от природы растворенного вещества; выбора растворителя; длины световой волны и температуры. Численно a равно углу, на который поворачивается плоскость поляризации монохроматического светового луча с длиной волны l=589 нм, прошедшего через раствор единичной концентрации (1г/100 мл), находящийся в кювете единичной длины (1 дм).
Если падающий свет не является монохроматическим, то угол вращения плоскости поляризации для данного вещества зависит от длины волны l по закону Био:
, (3)
где а – постоянная, зависящая от природы вещества. Метод исследования, использующий оптическую активность вещества, называют поляриметрией. Для того, чтобы устранить влияние световой волны на угол вращения, исследования проводят в монохроматическом свете (применяют светофильтры).
Если использовать белый свет, то анализатор при повороте будет поочередно пропускать лучи различной длины волны, и поле зрения будет менять цвет. Это явление называется дисперсией оптической активности (вращательной дисперсией) и используется при определении структуры веществ, характера внутримолекулярного и межмолекулярного взаимодействия, а сам метод называется спектрополяриметрией и в медицине используется при изучении биополимеров.
Оптическая схема поляриметра – сахариметра представлена на рисунке 6.
Рис. 6. Оптическая схема поляриметра (1- источник света, 2 - светофильтр, 3 - объектив, 4 –поляризатор, 5 - кварцевая пластинка, 6 - кювета, 7 - анализатор, 8 - окуляр).
Кварцевая пластинка имеет прямоугольную форму и перекрывает лишь среднюю часть поля зрения. Поэтому в поле зрения видны ее границы и оно разделено на три части (рис. 7). При вращении анализатора две наружные части поля зрения затемняются (рис. 7а) и снова освещаются (рис. 7в) всегда одинаково и одновременно. Средняя часть поля зрения меняет свою освещенность в обратном направлении. При определенном положении анализатора (которое нужно найти при поляриметрии) средняя часть поля зрения освещена одинаково с крайними частями, при этом линии раздела исчезают (рис. 7б).
Рис. 7. Поле зрения поляриметра.
Задание 1. Определить значение нулевого отсчета.
Рис. 8. Отсчет показаний при помощи нониуса (а – угол равен 00, б – угол равен 2,50).
Задание 2. Определить зависимость угла поворота плоскости поляризации от концентрации раствора.
№ |
Концентрация растворов |
j1 |
j2 |
j3 |
j4 |
j5 |
jср |
jабс |
|
1 |
Без раствора |
|||||||
2 |
2 % |
|||||||
3 |
6% |
|||||||
4 |
10% |
|||||||
5 |
Х% |
Задание 3. Определить концентрацию неизвестного раствора.
,
где jх – угол поворота плоскости поляризации раствором неизвестной концентрации; (a) – удельная постоянная вращения; L – длина кюветы в дм. Значение (a) найдите, используя данные для раствора, указанного преподавателем, по формуле:
.