4. Вращение плоскости поляризации. Поляриметрия.

При прохождении плоскополяризованного света через некоторые вещества, наблюдается вращение плоскости колебания E. Такие вещества называются оптически активными. К ним принадлежат кристаллические тела (кварц, киновар), чистые жидкости (скипидар, никотин) и ра­створы (водные растворы сахара, винной кислоты и др.). Свет по выходе из вещества является плоскополяризованным, но плоскость колебаний его вектора E оказывается повернутой на угол φ. Вращение плоскости поляризации впервые было обнаружено на кристаллах кварца.

Для кристаллических тел угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути l, пройденному лучом в кристалле:

,

где α - удельное вращение, оно равно углу поворота пло­скости поляризации вещества слоем единичной длины. Принято выражать ее в град/мм.

Удельное вращение зависит от длины волны λ света, в котором ведется наблюдение. Эта зависимость называ­ется дисперсией вращательной способности, она индивидуальна для каждого вещества.

В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути луча в растворе l и концентрации активного вещества C:

,

где α - удельное вращение. l - принято выражать в дм., C - в г/см³, φ - в град.

Если концентрация представлена в граммах в 100 см³ раствора, тогда .

В зависимости от направления вращения плоскости поляризации оптически активные вещества подразделяются на право- и левовращающие. Существует лево- и правовращающий кварц (если смотреть навстречу лучу), сахар и др. вещества. Все белки построены только из левовращающих аминокислотных остатков. Численное значение удельного вращения для обеих разновидностей одинаковое.

Оптическая активность веществ обусловлена асимметрией их молекул, не имеющих ни плоскости, ни центра симметрии. Оптическая активность многих биополимеров обусловлена, в частности, случайной структурой их молекул. По видимому, из-за этого органические изомеры могут сильно различаться по физиологическому действию. Например, правовращающий никотин более ядовит, чем левовращающий, левовращающий адреналин оказывает более сильное гормональное действие, чем правовращающий, левовращающий хлоромицитин является активным антибиотиком, в то время как правовращающий хлоромицитин лечебными свойствами не обладает.

Кроме естественной оптической активности, вещество может обладать искусственной оптической активностью, которая возникает в нем под влиянием внешних воздействий, например, при внесении вещества в магнитное поле (явление Фарадея).

Если между скрещенными поляризаторами поместить раствор оптически ак­тивного вещества, то поле зрения просветлеет. Чтобы снова получить темное поле, нужно повернуть второй поляризатор на угол φ. Зная удель­ное вращение α данного вещества, длину l, измерив φ, можно найти концентрацию раствора С. Такой метод определения концентрации вещества называется поляриметрией, или сахарометрией. Приборы, применяемые для этой цели, называются поляриметрами. Схема поляриметра представлена на рис. 6.

Свет от лампы S последовательно проходит через светофильтр Ф, который выделил монохроматические лучи, собирающую линзу L₁, поляризатор П, преобразующий монохроматические лучи в поляризованные. Лучи, расположенные к центру, проходят через кварцевую пластинку K в трубку T, а крайние – только через трубку. Дальше лучи проходят через анализатор A и собираются линзой L₂, в фокусе которой находится мнимое изображение поля зрения, разделенное на т ри части. Вращение плоскости поляризации оценивается по углу φ, на который надо повернуть анализатор, чтобы восстановить первоначальную освещенность поля зрения. Анализатор соединен с круговой шкалой, позволяющей измерить величину угла.

В медицине поляриметр используется для определения сахара в моче, для биофизических исследований. Этим ме­тодом можно отличить правовращающие модификации веществ от левовращающих. Использование дисперсии вращения дает хорошие результаты при исследовании биополимеров. Она очень чувствительна к любым изменениям в структуре молекул.