Вращение плоскости поляризации. Поляриметрия.
Вращение плоскости поляризации, обнаруженное впервые на кристаллах кварца, заключается в повороте плоскости поляризации плоскополяризованного света при прохождении через вещество. Вещества, обладающие таким свойством, называют оптически активными.
П
усть
монохроматический свет падает от
источника S
на систему поляризатор Р
– анализатор А
(рис. 12), которые поставлены скрещенно,
т. е. их главные плоскости
взаимноперпендикулярны. В этом случае
свет до наблюдателя не дойдет, так как
анализатор не пропускает в соответствии
с законом Малюса (
=
90°) плоскополяризованный свет.
Если между поляризатором и анализатором поместить кварцевую пластинку так, чтобы свет проходил вдоль ее оптической оси, то в общем случае свет дойдет до наблюдателя. Если же анализатор повернуть на некоторый угол, то можно вновь добиться затемнения. Это свидетельствует о том, что кварцевая пластинка вызвала поворот плоскости поляризации на угол, соответствующий повороту анализатора для получения затемнения.
Используя в опыте свет различной длины волн, можно обнаружить дисперсию вращения плоскости поляризации (вращательную дисперсию), т. е. зависимость угла поворота от длины волны.
Для определенной длины волны угол поворота плоскости поляризации пропорционален расстоянию , пройденному светом в оптически активном веществе:
,
где
– коэффициент пропорциональности, или
постоянная
вращении
(вращательная способность), град/мм.
Существует две модификации кварца, каждая из которых поворачивает плоскость поляризации в определенном направлении: по часовой стрелке – правовращающий (положительный) кварц, против часовой стрелки – левовращающий (отрицательный). Постоянная вращения в обоих случаях одинакова.
Оптически активными являются также многие некристаллические тела: чистые жидкости (например, скипидар), растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (раствор сахара в воде), некоторые газы и пары (пары камфоры).
Для растворов был установлен следующий количественный закон:
,
где С
– —концентрация оптически активного
вещества;
– толщина слоя раствора;
– удельное вращение, которое приблизительно
обратно пропорционально квадрату длины
волны и зависит от температуры и свойств
растворителя.
Это соотношение лежит в основе весьма чувствительного метода измерения концентрации растворенных веществ, в частности сахара.
Этот метод (поляриметрия, или сахариметрия) широко используют в медицине для определения концентрации сахара в моче, в биофизических исследованиях, а также в пищевой промышленности. Соответствующие измерительные приборы называют поляриметрами или сахариметрами.
Поляриметр позволяет измерять не только концентрацию, но и удельное вращение. Используя различные светофильтры, можно найти зависимость удельного вращения от длины волны (дисперсию оптической активности), в настоящее время для этих целей применяют специальные приборы – спектрополяриметры.
Поляриметрию применяют не только для определения концентрации растворов, но и как метод исследования структурных превращений, в частности в молекулярной биофизике.