Описание метода и прибора
Если направить пучок естественного света на два скрещенных поляризатора – поляризатор и анализатор, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, то свет, вышедший из поляризатора будет гаситься анализатором.
При помещении между анализатором и поляризатором оптически активного вещества плоскость вектора Е повернется на некоторый угол (рис. 1), и свет частично пройдет через анализатор (составляющая Е).
Если теперь повернуть анализатор на тот же угол , то новое положение его плоскости (АА) станет перпендикулярной к новому положению плоскости колебания вектора Е и свет вновь будет погашен анализатором.
Для полного гашения света анализатором, свет должен быть монохроматическим или близким к монохроматическому, в противном случае из-за зависимости от длины волны полного гашения не будет.
На описанных явлениях основана работа поляриметров – приборов для количественного исследования оптической активности.
На Рис. 2 приведена принципиальная схема поляриметра СМ, использующегося в данной работе.
Н
а
Рис. 2 изображены:
1 – источник монохроматического света, 2 – линза, дающая параллельный световой пучок, 3 – поляризатор, 4 – кварцевая пластинка, 5 – трубка с исследуемым раствором, 6 – анализатор, 7 – окуляр.
Угол поворота можно было бы измерить по описанному выше способу гашения пучка поворотом анализатора, но глаз не может с достаточной точностью зафиксировать положение анализатора, соответствующее максимальному затемнению поля зрения. Поэтому в приборе используется полутеневой метод, основанный на сравнении трех участков поля зрения (полей сравнения).
С это целью на пути луча, вышедшего из поляризатора, помещается тонкая кварцевая пластинка, вырезанная перпендикулярно оптической оси кристалла. Пластинка имеет небольшую ширину и загораживает среднюю часть поля зрения. Так как при таком срезе кварц является оптически активным, то после кварцевой пластинки световой пучок делится на три. В двух крайних пучках, прошедших мимо кварца, плоскости колебаний векторов Е параллельны, а в среднем пучке, прошедшем через кварцевую пластинку, эта плоскость несколько повернута по отношению к ним. На Рис. 3 показаны направления колебаний вектора Е в пучке до кварцевой пластинки (Рис. 3 а) и после неё (Рис. 3 б).
Если плоскости анализатора и поляризатора параллельны, то крайние поля не будут затемнены, так как поляризованный свет полностью пройдет через анализатор.
Среднее поле сравнения будет иметь меньшую яркость, так как оно освещено пучком, ослабленным анализатором, вследствие поворота вектора Е в кварце.
Если же плоскости анализатора и поляризатора взаимно перпендикулярны, то крайние поля будут темными, а среднее – более светлым.
Наконец, можно подобрать положение анализатора, при котором яркости всех трех полей сравнения будут равными. Для этого следует повернуть анализатор так, чтобы его плоскость АА составляла одинаковые углы с направлениями вектора Е во всех трех пучках. Это условие может быть реализовано в двух случаях. В одном из них (Рис. 4) яркость полей сравнения будет минимальной. На рис. 4 прямая АА указывает направление плоскости анализатора. Проекции вектора Е на направление АА – одинаковы во всех трех пучках, поэтому одинакова яркость во всех трех полях сравнения.
Одинаковой яркости можно также добиться, если плоскость анализатора расположить перпендикулярно прежнему её направлению, АА.
Если установить анализатор на равную яркость полей сравнения, а затем поместить между анализатором и поляризатором оптически активное вещество, то равенство яркостей нарушается. Для того чтобы восстановить это равенство , нужно повернуть анализатор на такой угол, на который повернулись плоскости колебаний при прохождении светом оптически активного вещества. Этот угол определяется по отсчетной шкале поляриметра.