Определение концентрации сахара в растворе с помощью сахариметра

 

Цель работы:ознакомиться с оптическим методом определенияконцентрации растворов оптически активных веществ по изменению угла поворота плоскости колебаний поляризованного света.

 

Приборы и принадлежности:универсальный сахариметр СУ-3;набор кювет с раствором сахара различной концентрации.

 

Описание методики эксперимента

 

Вращение плоскости поляризации света, прошедшего через оптически активное вещество, обусловлено асимметрией молекул либо асимметричным размещением атомов в кристалле. Используемый в работе прибор СУ-3 позволяет определить угол вращения плоскости колебаний (или плоскости поляризации) в оптически активных растворах.

 

 

 

Рис. 9.1

 

Он пропорционален длине пути луча в растворе l и концентрации раствора С: 0Сl, где 0 – удельное вращение раствора, зависящее от природы растворенного вещества, длины волны и температуры. Измеряя и зная l и 0, можно определить концентрацию

раствора С. Угол вращения плоскости колебаний измеряется прибором СУ-3, схема которого приведена на рис. 9.1. Свет от лампы 1 проходит через поляризатор 2, исследуемое вещество 3, компенсатор 4, анализатор 5 и окуляр 6.

 

Компенсатор поворота плоскости поляризации в исследуемом веществе состоит из пластинки правовращающего кварца и подвижного клина из левовращающего кварца. Перемещая клин перпендикулярно оптической оси прибора, можно скомпенсировать любой поворот плоскости поляризации в исследуемом веществе.

 

Для большей точности результатов изме-рения анализатор сахариметра состоит из двух склеенных николей. Они ориентированы относи-тельно друг друга так, что их главные плоскости колебаний N 1 и N 2 (рис. 9.2) составляют между собой небольшой угол. При прохождении ли-нейно поляризованного света через такой анали-затор в поле зрения окуляра образуется граница, которая разделяет два световых поля сравнения.

В этом случае амплитуды E₁ и E₂ колебаний, _{Рис. 9.2}

 

пропущенных каждым николем, будут различны (рис. 9.2, а). Яркости полей сравнения станут равными, если плоскость ко-

 

лебания падающей на николи линейно поляризованной волны будет сим-метрична относительно плоскостей колебаний N 1 и N 2. Из рис. 9.2, б вид-но, что амплитуды E₁ и E₂ равны. Это достигается перемещением клина компенсатора.

 

Рис. 9.3

 

Внешний вид сахариметра изображен на рис. 9.3, где 1 – освети-тельная головка, в которой находятся лампочка, линза, светофильтр и по-ляризатор; 2 – камера, в которую вставляются кюветы с исследуемым раствором; 3 – измерительный блок, в котором находятся компенсатор, анализатор и круговая шкала с нониусом; 4 – лупа для наблюдения шка-

лы; 5 – окуляр; 6 – рукоятка для перемещения подвижного клина компенсатора и связанной с ним отсчетной шкалы (100 делений отсчетной шкалы соответствует углу поворота плоскости поляризации на 34 37).

 

Отсчет десятых долей градуса определя-ется тем делением нониуса, которое совпадает с любым делением основной шкалы. При по-ложительном отсчете рассматриваются деле-ния, расположенные вправо от нуля нониуса,

 

	при отрицательном – влево от него.
	Примеры
	1. На рис. 9.4, а показано положение ос-
Рис. 9.4	новной шкалы нониуса, соответствующее от-
счету +11,8. Нуль нониуса расположен правее

 

нуля шкалы на 11 полных делений, и в правой части нониуса с одним из делений шкалы совмещается восьмое деление нониуса.

 

2. На рис. 9.4, б показано положение шкалы и нониуса, соответству-ющее отсчету –3.2 (нуль нониуса расположен левее нуля шкалы на три полных деления; в левой части нониуса с одним из делений шкалы совпа-ло второе деление нониуса).

 

Порядок выполнения работы

 

1. Включить сахариметр в сеть.

 

2. Отрегулировать окуляры по глазу наблюдателя так, чтобы четко были видны граница, разделяющая поле зрения на две половинки, а также штри-хи и цифры шкалы.

 

3. Вынуть из сахариметра кювету с исследуемым раствором 3, добиться одинаковой яркости полей сравнения в окуляре. Произвести эту операцию не менее 3 раз. Записать показания прибора по отсчетной шкале. Опреде-лить среднее значение этих отсчетов m 0, которое принимается за нулевой отсчет прибора. (Далее все измерения проводить трехкратно и вычислять средние значения.)

 

4. Кювету длиной lэ, наполненную раствором известной концентрации Cэ,поместить в прибор и добиться четкой фокусировки и равномернойосвещенности поля зрения. Снять показания шкалы mэ.

 

5. Поместить кювету с раствором неизвестной концентрации в прибор, выполнить аналогичные действия и снять показания шкалы m, вычислить концентрацию раствора С по формуле

C	m m o		lэ	C	,
m э m o
длины lэ и l указаны на кюветах.		l ^э

6. Оценить относительную погрешность измерения концентрации рас-твора С.

 

7. Проанализировать полученные результаты и метод их получения. Сделать выводы.

 

Контрольные вопросы

 

Вариант 1

 

1. В чем заключается явление вращения плоскости поляризации?

2. Какие вещества называются оптически активными?

3. От чего зависит удельное вращение плоскости поляризации?

4. Назовите области применения поляриметров.

 

Вариант 2

 

1. С помощью каких физических явлений можно получить из ес-тественного света линейно поляризованный?

 

2. Как в данной работе определить удельное вращение плоскости по-ляризации?

3. Опишите устройство и принцип действия универсального са-хариметра.

 

4. Каковы области применения явления оптической активности?

 

 

Лабораторная работа № 3-10