Из каких основных частей состоит поляриметр. Министерство сельского хозяйства российской федерации федеральное государственное образовательное учреждение

(дисперсию измеряют спектрополяриметрами). В поляриметрах, построенных по схеме полутеневых приборов (рис. 1 , 2 ), измерение сводится к визуальному уравниванию яркостей двух половин поля зрения прибора и последующему считыванию показаний по шкале вращений, снабженной нониусом. Эту методику, несмотря на её принципиальную простоту, отличает достаточно высокая для многих целей точность измерений, что обусловило широкое применение полутеневых поляриметров. Однако более распространены автоматические поляриметры с фотоэлектрической регистрацией, в которых та же задача сопоставления двух интенсивностей решается поляризационной модуляцией светового потока (см. Модуляция света) и выделением на выходе приёмника света сигнала основной частоты (рис. 3 ). Современные автоматические поляриметры позволяют измерять углы с точностью ~ 0,0002°.

2) Прибор для определения степени р частично поляризованного света (см. света). Простейший такой поляриметр - полутеневой поляриметр Корню, предназначенный для измерения степени линейной . Основными элементами этого поляриметра служат призма Волластона (см. Поляризационные призмы) и анализатор. Поворотом анализатора (шкала поворота проградуирована на значения р) уравнивают яркости полей, освещаемых пучками, которые при выходе из призмы имеют неодинаковую интенсивность. Фотоэлектрический поляриметр в наиболее простом случае измерения степени линейной состоит из вращающегося вокруг оптической оси поляриметра анализатора и фотоприёмника. Отношение амплитуд переменной составляющей тока приёмника к постоянной непосредственно даёт р. Поставив перед поляриметром фазовую пластинку четверть длины волны (см. Компенсатор оптический, Поляризационные приборы), можно использовать его для измерения степени круговой (циркулярной) .

Поляриметры широко и эффективно применяются в первую очередь в для изучения структуры и свойств , а также для других научных исследований и решения технических задач. В частности, измерения степени циркулярной излучения космических объектов позволяют обнаруживать сильные магнитные поля во Вселенной.

Лит.: Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; см. также лит. к ст. света, .

В. С. Запасский.

Рис. 3. Схемы автоматических поляриметров с фотоэлектрической регистрацией, основанные на модуляции света по плоскости (схема б отличается от а лишь наличием магнитооптического модулятора М, поэтому её элементы не снабжены цифровыми обозначениями). 1 - источник света; 2 - конденсор; 3 - поляризатор-модулятор света по плоскости ; 4 - ячейка (кювета) с измеряемым оптически-активным ; 5 - анализатор; 6 - фотоприёмник; 7 - усилитель; РД - реверсивный электродвигатель. Промодулированный по интенсивности (после прохождения через анализатор) свет преобразуется фотоприёмником в переменное напряжение V 2 , усиливаемое до V" 2 которое подаётся на одну из двух обмоток двухфазного РД, кинематически связанного с анализатором и отсчётным устройством. На другую обмотку подаётся синусоидальное (модулирующее) напряжение V 1 ; его частота равна частоте первой гармоники модулируемого света. РД автоматически поворачивает анализатор на угол, равный измеряемому вращению. Результат измерений не зависит от изменений интенсивности света, амплитуды угловых колебаний плоскости его и коэффициента усиления в 7, что позволяет проводить измерения для сред с большим поглощением и не требует стабилизации усиления.

Рис. 2. Полутеневые поляризаторы. Плоскости двух их половин P 1 и P 2 составляют между собой малый угол 2a . Поэтому, если плоскость анализатора АА перпендикулярна биссектрисе 2a (а), обе половины I и II поля зрения имеют одинаковую освещённость, т. е. не полностью погашены (полутень, откуда название). При малейшем повороте анализатора относительная освещённость I и II резко меняется (б и в). Примеры конструкций полутеневых поляризаторов: г - схема Липпиха; P 1 и P 2 - две поляризационные призмы, одна из которых закрывает половину поля зрения, А - анализатор; д - схема Лорана; за поляризационной призмой Р устанавливают фазовую пластинку М в 1 / 2 длины волны, главная плоскость которой составляет угол a с плоскостью Р; D - диафрагма, ограничивающая поле зрения.

Рис. 1. Принципиальная схема полутеневого поляриметра: 1 - источник света; 2 - конденсор; 3-4 - полутеневой поляризатор; 5 - трубка с измеряемым оптически-активным ; 6 - анализатор с отсчётным устройством; 7 - зрительная труба; 8 - окуляр отсчётного устройства (например, микроскопа-микрометра).

ПОЛЯРИМЕТРИЯ (позднелат. polaris полярный + греч, metreo мерить, измерять) - совокупность физикохимических методов исследования, основанных на определении угла вращения плоскости поляризации проходящего через оптически активную среду поляризованного света.

П. находит широкое применение в сан.-гиг., клинических и физиол, исследованиях. Методами П. определяют наличие и концентрацию углеводов в растительном сырье, белков и аминокислот в растворах; этими методами исследуют активность ферментов, расщепляющих углеводы, и т. д.

В основе П. лежит прохождение поляризованного луча света через оптически активную среду (напр., через какую-либо биол, пробу, исследуемый р-р). При этом плоскость поляризации луча (см. Поляризация света), прошедшего через исследуемое вещество, оказывается повернутой на некоторый угол (угол вращения плоскости поляризации). По величине этого угла, а также по направлению смещения (знаку вращения) плоскости поляризации идентифицируют оптически активное вещество и определяют его концентрацию.

Для количественной оценки угла вращения плоскости поляризации используются удельное вращение [α], выражающееся формулой:

где α - угол вращения плоскости поляризации (в градусах); l - длина кюветы в дм; с - концентрация оптически активного вещества в г/мл, а также молекулярное вращение:

где М - молекулярный вес (масса) оптически активного вещества. Для характеристики оптических свойств высокомолекулярных веществ (напр., для белков или нуклеиновых к-т) используется также определение «вращения на мономерное звено или остаток» - m или R (т. e. в расчете на молекулярный вес мономерного звена или остатка). Удельное и молекулярное вращение - специфичны для каждого оптически активного соединения (зависят от структуры вещества, температуры, типа растворителя и др.).

Угол вращения плоскости поляризации зависит от длины волны проходящего света; такая зависимость носит название дисперсии оптического вращения. Показано, что каждый оптически активный хромофор молекулы в области своей полосы поглощения характеризуется специфической, так наз. аномальной дисперсией оптического вращения. Вне области полосы поглощения дисперсия оптического вращения носит название нормальной. При наличии нескольких оптически активных переходов нормальная дисперсия определяется суммой вкладов от всех хромофоров. Дисперсию оптического вращения изучают с помощью приборов -спектрополяриметров; метод изучения называется спектрополяриметрией.

Наряду с вращением плоскости поляризации падающего света любое оптически активное вещество по-разному поглощает компоненты света, поляризованные по кругу влево и вправо, т. е. обладает круговым дихроизмом. Мерой его является величина ΔЕ, вычисляемая по формуле:

ΔЕ = Е L - Е R ,

где Е L и Е R - молекулярные коэффициенты поглощения для двух компонент поляризованного света. Величина ΔЕ связана с разностью оптических плотностей для двух компонент света ΔD = D L - D R соотношением:

где с - концентрация вещества в моль/л, l - длина кюветы в см. Значения ΔE изменяются с длиной волны света и могут быть как положительными, так и отрицательными. Эта величина имеет большие значения только в узкой области частот вблизи максимума поглощения, поэтому спектр кругового дихроизма молекул, имеющих несколько хромоформных групп, обладает большей разрешающей способностью, чем спектры дисперсии оптического вращения.

Спектры кругового дихроизма изучают с помощью приборов, называемых дихрографами.

Методы измерения дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма широко применяются для изучения структуры многих биологически важных соединений, в частности вторичной и третичной структур молекул белков, конформационных изменений белков в растворах при изменении условий среды или при их взаимодействии с другими молекулами. Этими методами изучаются структура ферментов, пептидных гормонов, мембранных белков, различных белковых комплексов (напр., антиген - антитело), сложных комплексов (напр., хроматина, рибосом, вирусов и фагов), процессы нуклеиново-белкового узнавания и т. д.

Поляриметры - приборы для измерения углов вращения плоскости поляризации. Любой прибор для П. содержит источник поляризованного излучения (источник света и поляризатор) и устройство для анализа этого излучения, прошедшего через исследуемый прибор (анализатор). В простейших поляриметрах при измерении поворотом анализатора добиваются полного затемнения поля зрения. В таких поляриметрах (рис. 1) поток излучения, выходящий из источника, проходит через светофильтр, или монохроматор, через поляризирующее устройство, исследуемый образец, анализатор, жестко связанный с угломерным устройством, и попадает в зрительную трубу. Лимб угломерного устройства расположен перпендикулярно к оси вращения анализатора. Для измерения угла вращения, производимого оптически активным веществом, анализатор дважды устанавливают на одинаковую яркость поля зрения и дважды выполняют отсчеты по угломерному устройству - без исследуемого вещества между поляризатором и анализатором N0 и с исследуемым веществом (N1). Искомый угол вращения φ равен разности результатов двух отсчетов φ = N1 -N0.

Для повышения точности измерений поляриметры снабжают полу-теневыми устройствами - поляризаторами (анализаторами) особой конструкции, обеспечивающими небольшой сдвиг плоскостей поляризации в поле зрения и делящими его на два или три поля сравнения. При этом чувствительность прибора возрастает. Поляриметры, предназначенные для определения содержания сахара в растворах, называются сахариметрами, а процесс определения концентрации сахара в растворах - сахарометрией. Излучение от источника света (рис. 2) проходит через фокусирующую линзу и полу-теневой поляризатор. Анализатор жестко установлен на полутеневое равенство в нулевом положении. Для компенсации вращения, вызываемого р-ром сахара, служит компенсатор в виде плоскопараллельной пластины кристаллического кварца переменной толщины, установленной перед анализатором и состоящей из плоскопараллельной пластины правовращающего и клиньев левовращающего кварца. Угол вращения отсчитывают с помощью линейной шкалы и нониуса, отградуированных в единицах Международной сахарной шкалы. Полутеневое равенство устанавливается при наблюдении в зрительную трубу.

Применение фотоэлектрических приемников излучения в поляриметрах позволяет значительно повысить их чувствительность, отказаться от затемненных помещений, повысить скорость выполнения измерений, проводить измерения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, исследовать вещества с большой оптической плоскостью. В общем виде схема одного из фотоэлектрических поляриметров приведена на рис. 3. Поток излучения в нем от источника света проходит поляризатор, модулятор, исследуемый образец, анализатор с угломерным устройством и попадает на фотоэлектрический приемник, а затем в резонансный усилитель, настроенный на частоту модуляции, и фазочувствительный нуль-индикатор. При углах скрещения, отличных от 90°, световой поток будет иметь составляющую модуляции на частоте f (частота переменного тока, питающего модулятор), фаза к-рой зависит от направления поворота плоскости поляризации исследуемым веществом. Погрешности измерений фотоэлектрическими поляриметрами лежат в пределах 0,02° для приборов с диапазонами измерений порядка нескольких градусов.

Библиография: Веллюз Л., Легран М. и Грошан М. Оптический круговой дихроизм, пер. с англ., М., 1967; Волкова Е. А. Поляризационные измерения, М., 1974; Волькенштейн М. В. Молекулярная биофизика, с. 315, М., 1975; Дисперсия оптического вращения и круговой дихроизм в органической химии, под ред. Г. Снатц-ке, пер. с англ., М., 1970; Кудрявцев В. И. Автоматический сахариметр, Сахарная пром-сть, № 11, с. 14, 1953; The cell nucleus, ed. by H. Busch, v. 5’ p. 55, 99, N. Y., 1978; J i r g e n s o n s B.’ Optical activity of proteins and other mac-r o m о 1 ec u 1 e s, B. - N. Y., 1973.

И. А. Болотина; М. Я. Каабак (техн.).

Поляризованный свет отличается от обычного тем, что он колеблется только в одной плоскости, в то время как обычный свет колеблется во всех плоскостях пространства.

Поляризованный свет можно получить, если пропустить луч обычного света через призму Николя, кристаллическая решетка которой задерживает колебания света во всех плоскостях, кроме одной, через которую он проникает на другую сторону кристалла в виде поляризованного света. Призму Николя, служащую для получения поляризованного света, называют поляризатором.

Если на пути поляризованного света поставить вторую призму Николя, плоскость поляризации которой совпадаете первой призмой, то поляризованный свет свободно пройдет через вторую призму и осветит пространство позади нее. В случае смещения второй призмы так, что нарушится параллельность плоскостей поляризации, поляризованный свет не сможет полностью пройти через вторую призму и пространство позади нее будет частично или полностью затемнено (в зависимости от степени смещения). Вторую призму, находящуюся на пути поляризованного света, называют анализатором.

Если между поляризатором и анализатором, установленными так, что поляризованный свет проходит через анализатор, поместить слой жидкости, не содержащий оптически активных веществ, например дистиллированную воду, то плоскость колебания поляризованного света не отклонится и луч пройдет через анализатор так же, как в случае, когда слой жидкости отсутствовал.

Плоскость поляризованного света сдвинется на определенную величину, если при первоначальном положении обеих призм между ними поместить слой жидкости, содержащей оптически активное вещество, например глюкозу. В данном конкретном случае сдвиг произойдет на угол а и свет не сможет пройти через анализатор.

Для того, чтобы свет прошел через анализатор, последний необходимо повернуть на тот же угол а так, чтобы плоскость поляризованного света снова совпадала с плоскостью анализатора. Поставив перед анализатором градуированную в градусах шкалу, можно измерить угол отклонения, а вместе с тем и угол вращения плоскости поляризованного света а.

Аппараты, построенные на описанном выше принципе, называются поляриметрами и с их помощью определяется угол вращения поляризованного света. Схематическое устройство простейшего поляриметра приведено на рис. 95, а, б.

Рис. 95.
а, б - схематическое изображение поляриметра. Пояснения в тексте.

Зеркало (1) служит для направления пучка света в аппарат, а оранжевый светофильтр (2), установленный перед поляризатором, пропускает только желтый свет, так как поляриметрию предпочтительно проводить при желтом, а еще лучше при монохроматическом свете натриевой лампы. Поляризатор (3) служит для поляризации пучка света, а трубка (4) предназначена для заполнения ее исследуемой жидкостью. Анализатор (5) и связанный с ним диск поворота (6) служат для вращения на соответствующий угол. Окуляр поляриметра (7) необходим для рассмотрения поля зрения, а шкала с нониусом (8) и окуляр (9) нужны для регистрации величины угла вращения.

Поле зрения поляриметра обычно разделено на две равные части (рис. 96, а). Когда в трубке находится оптически неактивная жидкость, то обе половины зрительного поля освещены одинаково, так как анализатор не задерживает света. При наличии в трубке оптически активного раствора одна из половин зрительного поля затемняется, так как плоскость поляризованного света отклоняется и свет не полностью проходит через анализатор. Поворотом диска, к которому прикреплен анализатор, последний поворачивают на угол а, соответствующий повороту плоскости поляризованного света, при этом обе половины зрительного поля освещаются одинаково. На шкале прибора определяется величина угла.

В некоторых приборах поле зрения разделено не на две, а на три части - центральную полосу и два боковых сегмента по сторонам (рис. 96, б). Эти приборы удобнее, чем поляриметры с двумя частями поля зрения. При оптически неактивной жидкости все три части поля зрения освещены одинаково. При оптически активной жидкости, находящейся в трубке, плоскость поляризованного света отклоняется и центральная полоска зрительного поля затемняется.

Диск с анализатором вращают до тех пор, пока все три части поля зрения примут одинаковую освещенность, после чего отмечают угол поворота.

Для оптически активного вещества величина угла вращения поляризованного света зависит от ряда факторов:
1) от характера веществ, каждое из которых имеет свой характерный угол вращения, который называют «удельным вращением» и обозначают ;
2) от концентрации оптически активного вещества;
3) от длины трубки, в которой помещена исследуемая жидкость (толщина слоя).

Зависимость между этими величинами может быть выражена следующим уравнением:

где 1) -удельное вращение вещества;
2) l - толщина слоя;
3) С - концентрация оптически активного вещества. Таким образом, зная удельное вращение вещества и длину
трубки, можно определить его концентрацию в растворе. Длина трубки в различных аппаратах может быть различной. Эта величина указывается в инструкциях по пользованию.
обозначает специфический угол вращения (удельное
вращение), т. е. угол вращения поляризованного света при концентрации одного грамма вещества в 1 мл, при длине трубки в 10 см, температуре 20°, при желтом натриевом свете (D - линия спектра).

Поляриметр П-161 в настоящее время не выпускается, но применяется во многих лабораториях. Он весьма прост в употреблении и предназначен для определения сахара в моче. Прибор состоит из трех основных частей: стойки, трубки поляриметра и трубки-кюветы.

Трубка-кювета изготовлена из керамики, на которую навинчивают колпачки с резиновыми прокладками и защитными стеклами, чтобы не вытекала исследуемая жидкость. Изготовленная из непрозрачной керамики кювета позволяет устанавливать ее в открытое ложе поляриметрической трубки. Керамическая трубка-кювета небьющаяся, кислотоустойчивая, стенки ее обладают меньшей отражательной способностью, чем стекло. Длина керамиковой трубки-кюветы - 94,7 мм, рассчитана таким образом, что удвоенное число отсчета дает непосредственное содержание сахара в 100 мл мочи или соответственно содержание сахара в процентах.

Более сложным прибором является круговой поляриметр типа СМ , позволяющий определять угол вращения в пределах ±360°. Луч света от лампы накаливания через отверстие в кожухе осветителя проходит через светофильтр, осветительную линзу-конденсор, дающую пучок параллельных лучей, и далее через поляризатор, помещенный между двумя защитными стеклами. Поляризованный свет проходит через диафрагму с кварцевой пластинкой, расположенной так, что через нее проходят лучи только средней части пучка. Пластинка отклоняет плоскость поляризации света, проходящего через поляризатор на 5-7°.

Поворотом анализатора регулируется освещенность фотометрического поля, которое в поляриметре СМ разделено на три части (рис. 96, б). Затемненность полей определяют через зрительную трубу и фиксируют либо в отсутствии трубки с исследуемым раствором, либо с трубкой, наполненной водой.

Рис. 96. Поле зрения поляриметра.
а - с двумя полями; б - с центральными и боковыми сегментами.

Сложным и высокоточным производительным прибором является поляриметр, выпускаемый фирмой «Perkin-Elmer» .

Поляриметр этой фирмы модели 241 МС имеет монохроматор. Монохроматический свет проходит через поляризатор, ячейку с образцом и анализатор и попадает на фотоумножитель. Прибор работает на принципе оптического нулевого отсчета. Поляризатор и анализатор установлены в нулевой позиции на вертикальной оптической оси. Когда оптически активный образец устанавливается в пучок света, анализатор поворачивается с помощью серво-системы до тех пор, пока опять не устанавливается оптический нуль. Угол вращения измеряется по шкале и результат указывается на цифровом табло.

Измерение угла вращения исследуемых веществ может проводиться в лучах ртутной лампы высокого давления, а также при необходимости в свете натриевой лампы с длиной волны 589 нм, дейтериевой лампы с длиной волн 250-420 нм или йодно-кварцевой лампы (350-650 нм). Три последних лампы смонтированы в отдельном блоке, который легко устанавливается в прибор и позволяет быстро осуществлять переключение необходимого источника света.

Для исследования малых объемов растворов имеется специальная микроячейка на 0,2 мл. Точность прибора: ±0,002° для ротационных величин <1°.

Габариты прибора: длина - 950 мм, ширина - 280 мм, высота - 350 мм. Масса - около 50 кг.

Существует несколько различных типов поляриметров, отличающихся, главным образом, природой источника света и точностью отсчитываемых показаний. Опишем устройство прибора на примере кругового поляриметра.

Монохроматический свет от источника (натриевой лампы), расположенного в отделении (1) проходит через поляризатор (2), становясь при этом поляризованным. Далее луч поляризованного света попадает в кюветное отделение (3), где располагается кювета (4) с исследуемым раствором. Если в кювете имеется оптически активное вещество, плоскость поляризации света поворачивается вправо или влево в зависимости от природы вещества. Вследствие поворота плоскости поляризации луч света может пройти через анализатор (5) и попасть в окуляр (6) только в том случае, если анализатор повернут на тот же угол и в том же направлении. Поворот анализатора осуществляется регулятором (7).

Отсчет показаний производится с помощью шкал, расположенных по обе стороны от окуляра в окошках (8). Включение и выключение прибора осуществляется тумблером (9).

Измерения с помощью поляриметра проводятся следующим образом:

1. После включения прибор прогревается около 10 мин до появления яркого желтого света в вентиляционных отверстиях отделения (1).

2. Кювета (4) заполняется без пузырьков воздуха исследуемым раствором и помещается в кюветное отделение (3), крышка кюветного отделения закрывается.

3. Вращением регулятора (10) устанавливается резкость изображения в окуляре (6). При этом на черном фоне должен быть виден желтый кружок, разделенный вертикальной линией; одна из половин кружка может быть более темной, чем другая.

4. Поворотом регулятора (7) достигается такое положение, при котором обе половины освещенного кружка приобретают одинаковую яркость и вертикальная граница полукружий исчезает.

5. Угол поворота (“вращения”) плоскости поляризации светового луча определяется с помощью шкал (8). При прецизионных измерениях угол отсчитывается дважды (по левой и по правой шкале) с вычислением среднего арифметического; при учебных измерениях можно ограничиться одним отсчетом по левой шкале.

Принцип отсчета показаний приведен на рисунке. Деления подвижной шкалы нанесены через каждые 0,5 градуса. Неподвижный нониус позволяет определить угол с точностью 0,02 о. Сначала определяется число градусов, отделяющих нуль нониуса от нуля подвижной шкалы. Затем среди делений нониуса находится такое, которое сливается в одну линию с каким-либо делением подвижной шкалы. Это деление нониуса дает десятые и сотые доли градуса. Оба показания складывают. Так, изображение на рисунке соответствует углу 3,5 + 0,06 = 3,56 о. Вставить рисунок.

Поляриметрия - метод физико-химического анализа, основанный на измерении вращения плоскости линейно поляризованного света оптически активными веществами. Большая часть оптически активных веществ - это органические соединения с ассимметричным атомом углерода, т. е. с таким, единицы сродства которого насыщены четырьмя различными заместителями. Соединения асимметричных атомов четырехвалентного олова, серы, селена, кремния и пятивалентного азота также оптически активны.

Термины и обозначения

Если через слой оптически активного вещества или его раствор пропускать поляризованный луч света, то плоскость поляризации вышедшего луча оказывается повернутой на некоторый угол, называемый углом вращения плоскости поляризации или углом вращения а.

В зависимости от природы вещества, вращение плоскости поляризации может иметь различное направление и величину.

Если плоскость поляризации вращается вправо от наблюдателя, к которому направлен свет, проходящий через оптически активное вещество (по движению часовой стрелки), то вещество называют правовращающим и перед названием ставят знак « + » или D; если же вращение плоскости поляризации происходит влево, то вещество называют левовращающим и перед названием ставят знак «-» или L.

Величина угла вращения зависит от природы оптически активного вещества, толщины слоя вещества, через который проходит свет, температуры и длины волны света. Угол вращения прямо пропорционален толщине слоя. Влияние температуры связано, главным образом, с изменением плотности растворов и, в большинстве случаев, незначительно. Обычно определение оптического вращения проводят при 20 °С и при длине волны максимально соответствующей желтой линии D спектра натрия (589,3 нм).

Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации вычисляют так называемое удельное вращение плоскости поляризации монохроматического света, вызванное слоем вещества толщиной в 1 дм, при температуре t и концентрации активного вещества 1 г/см3. Если определение удельного вращения проводят при 20 °С и длине волны линии D спектра натрия, то его обозначают знаком [a]D20.

Для жидких индивидуальных веществ удельное вращение определяют по формуле:

где а - измеренный угол вращения, градусы; l - толщина слоя жидкости, дм; d - относительная плотность жидкости.

Для растворов удельное вращение определяют по формуле:

где С - концентрация раствора, г растворенного активного вещества на 100 см3 раствора.

Удельное вращение зависит от природы растворителя и концентрации раствора. При замене растворителя может измениться не только величина угла вращения, но и его направление. Во многих случаях удельное вращение постоянно лишь в определенном интервале концентраций. Поэтому, приводя значение удельного вращения, необходимо указывать растворитель и концентрацию испытуемого раствора.

В интервале концентраций, в котором удельное вращение постоянно, можно по углу вращения рассчитать концентрацию вещества в растворе по формуле:

Полезно построить график зависимости концентрации активного вещества от угла вращения плоскости поляризации стандартными растворами различной концентрации. При помощи этого графика в дальнейшем по полученному значению угла вращения определяют концентрацию раствора.

Поляриметрические измерения имеют широкое практическое применение. На основании определения знака и величины вращения плоскости поляризации можно судить о химическом строении и пространственной конфигурации оптически активных веществ, делать порой выводы о механизме реакции.

Поляриметрический метод давно уже является основным методом контроля в сахарной промышленности - по углу вращения плоскости поляризации света определяют содержание сахара в растворе.

Поляриметры и сахариметры

Устройство и принцип действия. Поляриметр СМ схематически изображен на рис. 191. Свет от источника 9 проходит последовательно через поляризационное устройство 7, поляриметрическую трубку 6, анализатор с устройством 5, поворачивающим плоскость поляризованного луча, и попадает в зрительную трубу 8.

Поляризационное устройство состоит из осветительной линзы, поляризатора и кварцевой пластинки, расположенной симметрично относительно поляризатора. Поляризатор и кварцевая пластинка находятся в определенном положении и крепятся жестко к оправе. Основной рабочей частью прибора является головка анализатора, состоящая из неподвижного лимба 1, вращающихся одновременно фрикциона 5 и двух нониусов 4, анализатора и зрительной трубы 8.

В трубу 8 при измерении вкладывают поляриметрическую трубку 6 с исследуемым веществом (раствором). Во избежание проникновения постороннего света, вырез в трубе закрывается вращающейся шторкой. Зрительная трубка служит для наблюдения тройного поля зрения и состоит из объектива и окуляра. Движением муфты 3 окуляр устанавливают на резкость изображения тройного поля зрения. В раковине окуляра находятся две лупы 2, которые позволяют, не меняя положение головы, отсчитывать угол вращения нониуса относительно шкалы лимба. На лимбе 1 нанесена градусная шкала от 0 до 360°. Внутри лимба на подвижной втулке, связанной с анализатором, нанесены два нониуса 4, расположенные диаметрально. Нониусы имеют по 20 делений ценой 0,05°. При больших углах вращения пользуются обоими нониусами и результатом измерения считают среднее значение из полученных отсчетов по первому и второму нониусам.

Поляриметрическая трубка 6 изготовляется из стекла. На трубке имеется выпуклость, необходимая для сбора пузырьков воздуха. На концах трубки укреплены металлические наконечники, на которые навертываются крышки, прижимающие покровные стекла. Между крышками и покровными стеклами имеются резиновые прокладки, предохраняющие от образования натяжений в стекле при завертывании крышек.

Осветитель 9 состоит из патрона, прикрепленного к кронштейну. Для регулирования освещения патрон можно перемещать вдоль кронштейна, а сам кронштейн перемещать по стойке вверх, вниз и вокруг нее. Источником света служит матовая лампа накаливания мощностью 25 Вт. Свет от лампочки проходит через специально подобранные светофильтр и поляроиды, в результате чего максимум спектрального распределения пучка соответствует желтой линии натрия.

Проведение измерений. Пустую поляриметрическую трубку вставляют в зрительную трубу, закрывают шторкой, включают осветитель в сеть и наблюдают в окуляр освещенность тройного поля. Если крайние поля неравномерно освещены, то перемещением осветителя добиваются их равномерного освещения. После установки осветителя определяют начальное положение анализатора. Перемещением муфты вдоль оси добиваются резкого изображения разделяющей линии тройного поля, наблюдаемого в окуляр. Плавно вращая анализатор с помощью фрикциона, добиваются равной затемненности изображения тройного поля (рис. 192), видимого в окуляр, которое определяет начальное положение анализатора. После установки на равную затемненность тройного поля через лупу с помощью нониуса лимба производят отсчет. Начальное положение не обязательно должно совпадать с нулевым делением градусной шкалы лимба.

Установку начального положения анализатора и отсчет делений градусной шкалы лимба следует повторить не менее 5 раз и показанием прибора считать среднее значение от полученных отсчетов.

После этого наполняют поляриметрическую трубку исследуемым раствором, для чего, отвинтив крышку с одного конца трубки, наполняют ее в вертикальном положении прозрачным раствором (мутный раствор фильтруют) до появления в верхнем конце трубки выпуклого мениска. Затем сбоку надвигают покровное стекло, накладывают резиновую прокладку и завинчивают крышку. При этом необходимо следить за тем, чтобы в трубке не оставалось пузырьков воздуха. Наружные стороны покровных стекол должны быть прозрачными и без следов жидкости, которая удаляется фильтровальной бумагой.

Наполненную поляризационную трубку вставляют в зрительную трубу и закрывают шторкой. Перемещением муфты 3 устанавливают на резкость разделяющие линии тройного поля. Затем, плавно вращая анализатор с помощью фрикциона 5, добиваются равномерной затемненности изображения тройного поля и производят отсчет.

Порядок отсчета следующий: определяют, на сколько полных градусов повернут нуль нониуса по отношению к лимбу, затем определяют число делений от нуля нониуса до штриха нониуса, совпадающего с градусным штрихом лимба, и умножают полученное число делений на 0,05. Полученный результат прибавляют к первому. Разность отсчетов, соответствующих фотометрическому равновесию поля с оптически активным веществом и без него, равна углу вращения плоскости поляризации данного раствора.

Установку на равную затемненность тройного поля и отсчет необходимо производить не менее 5 раз.

Если поляриметр имеет кожух для термостатирования поляризационной трубки, то перед началом испытания раствора через кожух в течение 10 мин пропускают воду из термостата при температуре 20 ±0,1°С. В случае отсутствия кожуха следует работать в помещении при 20 ±3°С. При определении удельного вращения индивидуальной жидкости ее выдерживают в термостате при 20 ±0,1 °С в течение 30 мин.

Сахариметр универсальный СУ-3. В сахариметрах, в отличие от поляриметров, для компенсации поворота плоскости поляризованного луча исследуемым раствором используют специальные кварцевые клинья, соответственно положению которых по шкале отсчитывают значение угла вращения.

Шкала сахариметров градуирована в градусах Международной сахарной шкалы (°S). Один градус сахарной шкалы соответствует 0,26 г сахарозы в 100 см3 раствора, если измерение производится в поляриметрической трубке длиной 200 мм при 20 °С. Сто градусов сахарной шкалы (100 °S) соответствуют 34,62° угловым.

Устройство и принцип действия. Оптическая схема универсального сахариметра СУ-3 изображена на рис. 193.

Свет от источника 1 проходит через матовое стекло 2, предназначенное для рассеивания света (вместо него в оптическую систему может быть введен светофильтр). Далее световой поток проходит конденсорную линзу 3, попадает в поляризатор 4 и выходит из него плоскополяризованным. За поляризатором стоят два защитных стекла 5 и 6, между которыми установлена поляриметрическая кювета с исследуемым раствором. Подвижный кварцевый клин 7, стеклянный контрклин 8 и неподвижный кварцевый клин 9 образуют кварцевый компенсатор, который компенсирует вращение плоскости поляризации. За анализатором 10 расположена зрительная трубка, состоящая из двухлинзового объектива 11 и окуляра 12, которая сфокусирована на выходную грань поляризатора 4. При помощи зрительной трубки можно рассмотреть в увеличенном виде линию раздела поля зрения прибора.

Свет от электролампы освещает также шкалу 15 и нониус 14 с помощью отражательной призмы 17 и защитного стекла 16, рассеивающего свет. Цифры и деления нониуса и шкалы рассматриваются в увеличенном виде под лупой 13, состоящей из двух линз. По нулевому делению нониуса фиксируют значение шкалы, соответствующее состоянию одинаковой освещенности обеих половин поля зрения.

Источником света является электролампа А-10 (15 Вт, 12 В), питаемая от сети переменного тока 220 В через понижающий трансформатор 12 В, встроенный в основание прибора.

Проведение измерений. Сахариметр должен быть установлен на столе в темном лабораторном помещении со стенами, окрашенными в черный цвет, что повышает чувствительность глаза наблюдателя.

Перед началом измерений прибор необходимо заземлить при помощи винта заземления, включить в сеть и установить на нуль. Установка на нуль производится при отсутствии в камере поляриметрической кюветы. Вращая рукоятку кремальерной передачи, устанавливают однородность освещения обеих половин поля зрения. При этом нулевые деления шкалы и нониуса должны совпадать (рис. 194). В противном случае перемещают нониус до совмещения его нулевого деления с нулевым делением шкалы. После проверки нулевой точки шкалы можно непосредственно приступить к измерениям.

В камеру прибора вкладывают поляриметрическую кювету с испытуемым раствором. При этом изменяется однородность освещения обеих половин поля зрения. Вращая рукоятку кремальерной передачи, уравнивают освещенность обеих половин поля зрения и производят отсчет показаний с точностью до 0,1 деления шкалы при помощи нониуса. Отсчет показаний повторяют 5 раз. Результатом считают среднее арифметическое пяти измерений.

Отсчет показаний при помощи нониуса поясняется рисунками. На рис. 195 слева показано положение шкалы и нониуса, соответствующее отсчету + 11,8 °S (нуль нониуса расположен правее нуля шкалы на 11 полных делений, и в правой части нониуса с одним из делений шкалы совмещается восьмое деление нониуса). На том же рисунке справа показано положение шкалы и нониуса, соответствующее отсчету -3,2 °S (нуль нониуса расположен левее нуля шкалы на три полных деления шкалы, и в левой части нониуса с одним из делений шкалы совмещается второе деление нониуса).

Для определения массового процента сахарозы в исследуемом растворе следует отсчитанные по шкале сахариметра градусы сахарной шкалы умножить на переводной коэффициент 0,260 и разделить на плотность исследуемого, раствора.

Сахариметр СУ-3 комплектуется поляриметрическими трубками длиной 100, 200 и 300 мм. Трубки длиной 100 мм применяют для окрашенных растворов и при расчетах результатов анализа значение, полученное по шкале прибора, увеличивают в два раза. Трубки длиной 400 мм применяют при исследовании растворов малой концентрации и при расчете значения по шкале прибора уменьшают в два раза.

К прибору для проверки правильности показаний прилагается контрольная трубка с двумя нормальными кварцевыми пластинками на -40 и +100 °S.

Точность показаний сахариметра с помощью контрольной трубки необходимо проверять при установившейся температуре 20 °С. В случае проверки прибора при температуре, отличающейся от 20 °С, производят пересчет по формуле:

где а20 и at - вращательная способность кварцевой пластинки при 20 °С и температуре измерения t, соответственно, °S.

Расхождение в показаниях проверяемого прибора и контрольной трубки при выверенной нулевой точке является погрешностью данного прибора.

Уход за приборами и их хранение

После окончания работы приборы и принадлежности к ним следует тщательно протереть мягкой неворсистой салфеткой; на приборы надеть чехол, а принадлежности уложить в футляр.

Хранить приборы следует в сухом и чистом помещении при температуре воздуха 10-35 °С и относительной влажности 30-80%. В воздухе помещения не должно быть вредных примесей.

Не допускается разбирать приборы и чистить оптические детали, расположенные внутри приборов.

Защитные стекла чистят при помощи деревянной палочки с намотанным на нее тонким слоем гигроскопической ваты, соблюдая осторожность, чтобы не поцарапать полированные поверхности стекол.