Устройство поляриметра кругового СМ-3

Поляриметр круговой СМ-3 предназначен для измерения угла вращения плоскости поляризации оптически активными прозрачными однородными растворами и чистыми жидкостями. Поляриметр применяется в медицине, пищевой и химической промышленности.

Погрешность поляриметра в диапазоне измерений от 0 до 35º составляет не более ±0,04º. Диапазон углов вращения плоскости поляризации от 0 до 360º. Чувствительность поляриметра 0,04º.

Общий вид прибора показан на рис.3. Оптическая схема прибора изображена на рис. 4.

Рис. 3. Общий вид поляриметра: 1 – ручка, вращающая анализатор; 2 – окуляр;  3 – кюветное отделение

Рис. 4. Оптическая схема поляриметра: 1 – источник света - натриевая лампа, длина волны излучения 589 нм; 2 – конденсор; 3 – поляризатор; 4 – кристаллическая пластинка в полволны; 5 – два покровных стекла; 6 – кювета с исследуемой жидкостью; 7 – анализатор; 8 – объектив; 9 – окуляр; 10 – две лупы

Правила работы с прибором

Поляриметр включите в сеть переменного тока. Измерения проводят через 10 минут после включения лампы. Ручку 1 (рис. 3), поворачивающую анализатор, следует вращать медленно и плавно, не прилагая больших усилий.

Время непрерывной работы поляриметра – не более четырех часов с последующим перерывом не менее часа.

Порядок выполнения работы

Упражнение 1. Определение нулевого отчета

Определение нулевого отчета производят с кюветой, наполненной дистиллированной водой.

1. Вращением втулки наблюдательной трубки установить окуляр по глазу на резкое изображение линии раздела полей зрения. После этого плавно и медленно вращая ручку 1 (рис. 3) повернуть анализатор и добиться равенства освещенностей половин поля зрения в чувствительном положении анализатора. Это положение характеризуется тем, что незначительное вращение анализатора вызывает резкое нарушение равенства освещенностей половин поля зрения.

Отчет снимается по лимбу (подвижная шкала) и неподвижным нониусам I и II, расположенным слева и справа от окуляра. Лимб и нониусы рассматриваются через лупы. Точность отчета по лимбу равна цене деления шкалы лимба и равна 0,5º. Для получения более точного значения угла поворота плоскости поляризации используются нониусы. Цена деления их шкал равна 0,02º (оцифровка шкал нониусов: «10» соответствует 0,1º, «20» соответствует 0,2º и т.д.).

Для того чтобы получить угол поворота плоскости поляризации, нужно:

1) определить на сколько делений повернут лимб относительно нониуса I и умножить число делений на цену деления шкалы лимба;

2) найти штрихи нониусов I и II, совпадающие со штрихами лимба. Зная цену деления шкал нониусов получить два значения поправки.

Пример 1. На рис. 5 показаны лимб и нониусы при установке анализатора на равную освещенность половин поля зрения в чувствительном положении при введении кюветы, наполненной дистиллированной водой. Стрелками показаны деления, по которым производятся отчеты. Результаты равны: =0,5°; = 0,08°; =0,04°; =0,5°.

Рис. 5. Положение лимба и нониуса ( =0,5°; = 0,08°; =0,04°; =0,5°)

2. Установку на равную освещенность повторить 5 раз. Результаты занести в таблицу 1. Вычислить средние значения отчетов , ,   и определить нулевой отчет .

 

Таблица 1. Определение нулевого отчета

 

№ измерения	Отчет  по лимбу в градусах	Отчеты по нониусам в градусах		Нулевой отчет в градусах
1
2
3
4
5
Средние значения	=… °	=… °	=… °

 

Примечание: Угол поворота измеряется в градусах и обозначается либо град. либо °.

Упражнение 2. Определение постоянной вращения сахарного раствора

Для выполнения этого задания имеются сахарные растворы с известными концентрациями: 1%, 2%, 3%, 4% и x%.

1. Поочередно вставляя кюветы с растворами и, зная нулевой отчет, определяйте, углы поворота ими плоскости поляризации. Для каждого раствора измерения провести не менее пяти раз. По результатам расчета и измерений для каждого раствора заполнить таблицу 2.

Пример 2. На рис. 6 показаны лимб и нониусы при установке анализатора на равную освещенность половин поля зрения при введении кюветы, наполненной правовращающим раствором. Стрелками указаны деления, по которым производятся отчеты. Результаты: =3,5°; = 0,08°; =0,04°. Пусть нулевой отчет равен 0,06°.

Тогда =3,56°-0,06°=3,5°.

Рис. 6. Положение лимба и нониуса ( =3,5°; = 0,08°; =0,04°)

 

Пример 3. На рис. 7 показаны лимб и нониусы при установке анализатора на равную освещенность половин поля зрения при введении кюветы, наполненной левовращающим раствором. Стрелками указаны деления, по которым производятся отчеты. Результаты: =357°; =0,16°; =0,12°. В этом случае нулевой отчет следует увеличить на 360°. Тогда =357,14°-360,06°=–2,92°.

Рис. 7. Положение лимба и нониуса ( =357°; =0,16°; =0,12°)

 

Таблица 2. Угол поворота для раствора с концентрацией =…

№ отчета	Отчет  по лимбу, град.	Отчеты по нониусам, град.		Угол поворота, град.
1
3
4
5
Средние значения	=… °	=… °	=… °

2. Произвести расчет значений удельной постоянной вращения  по формуле:

, (6)

где  – концентрация активного вещества в растворе (в г/см³);  – угол поворота плоскости поляризации слоем раствора оптически активного вещества (в градусах); – толщина слоя оптически активного вещества в см. Полученные значения удельной постоянной вращения для каждого раствора занести в таблицу 3.

При вычислениях следует выражать концентрацию  не в процентах, а в г/см³ .   В 1 см³ раствора с концентрацией в 1% содержится 0,01 г растворенного вещества.

Таблица 3. Удельная постоянная вращения в зависимости от концентрации раствора

Концентрация раствора , г/см^3	Удельная постоянная вращения , град·см^2/г

 

3. Постройте методом наименьших квадратов график зависимости угла поворота плоскости поляризации  от концентрации раствора . Зависимость  от  линейная.

Упражнение 3. Определение концентрации сахарного раствора

Установите кювету с неизвестной концентрацией и, зная нулевой отчет, определите угол поворота им плоскости поляризации. Измерение угла поворота провести не менее пяти раз. Результаты занести в таблицу, подобную таблице 2. По графику, построенному во втором упражнении определить концентрацию неизвестного раствора.

Контрольные вопросы

1. Какой свет называется плоскополяризованным и чем он отличается от естественного света? Что такое плоскость поляризации?

2. Дайте определение поляризатора и плоскости пропускания поляризатора.

3. Сформулируйте закон Малюса.

4. Какой свет называется циркулярно поляризованным, право- и левоциркулярно поляризованным?

5. Приведите примеры оптически активных веществ. Какие вещества называются право- и левовращающими?

6. Чем определяется угол поворота плоскости поляризации? От чего зависит постоянная вращения (вращательная способность)?

7. Теория Френеля вращения плоскости поляризации.

8. Молекулярная теория вращения плоскости поляризации.

9. Как устроены полутеневые анализаторы? На каком свойстве кристаллической пластинки в полволны основано действие полутеневого анализатора, содержащего пластинку и поляризатор?

10. Почему полутеневой анализатор выгоднее использовать чем два николя?

11. Почему выгодно устанавливать полутеневой анализатор на равенство освещенностей половин поля зрения в чувствительном положении? Как это положение определить на опыте?

12. Оптическая схема поляриметра СМ-3.

13. Порядок проведения измерений с помощью поляриметра.

14. Порядок выполнения работы.

Исследование закона Малюса

Цель работы: проверка закона Малюса.

Приборы и материалы: лазер, мультиметр, анализатор и фотоприемник.