Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 135
Текст из файла (страница 135)
30.2. Устройство простейиз половин по клинообразному слою ьчего полутеневого анализатора с углом около 2'30' и вновь склеить (рис. 30.2). Поперечное сечение такой призмы вместо первоначального правильного ромба будет иметь вид искаженного ромба. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА О ' О Р ~ 166. Вращение плоскости поляризации в аморфных веществах Применение чувствительных методов исследования показало, что явление вра|цения плоскости поляризации весьма распространено и Если плоскость колебаний РР света, выходящего из поляризатора, перпендикулярна биссектрисе угла между главными направлениями анализатора А1 и Аа, то обе половинки анализатора освещены одина.— ково: Х1 — — Х2 — — Хо в1п2 р, где Хо интенсивность света, выходя1цего из поляризатора, а |1 и Х2 - интенсивности О света, пропускаемого соответственно поА1 А2 ловинками анализатора (рис.
30.3). Если плоскость РР повернется на малый угол а в положение Р'Р', то Х1 — — Хо з1п (1р+ и) 9 и Х2 — — Хо в|п (1р — а). При малом значении 2 Р-' 9 угла,р даже небольшой поворот о привор -- р дит к явственному нарушению равенства й --р' освещенности обоих полей (рис. 30А). Если после установки прибора на Рис 30 3 Прин ип дейст Равенство освещенностей ДвУх половин вия полутспсвого анализа- анализатора поместить между поляриза.- тора тором и анализатором исследуемое ве- щество, то обе половины поля зрения не будут освещены одинаково.
Для восстановления равенства освещенностей анализатор надо повернуть на. угол а, который и будет равен углу поворота плоскости поляризации в исследуемом веществе. Измерения вращательной дисперсии должны производиться для монохроматического света (например линии ртутной лампы). В более грубых измерениях довольствуются цветными фильтрами. Было предложено остроумное приспособление, позволяю- А, А, А1 А2 А, А2 щее работагь с белым светом без специального светофильтра (бпкварц, см. упражнение 214). При работе с бикварцем установка производится на совпадение оттенков обе- р их половин поля. Опыт показал. однако, что установ- у' ление идентичности цветов выполняется менее надежно, чем установка на равенство освещенностей. Поэтому в рис, 30А, Поле зрепия полутеиевого практических 1 становках в анализатора при разных положениях настоящее время бикварц не плоскости поляризации употребляется, и применяют исключительно полутеневые анализаторы.
В хороших современных приборах удается измерить поворот плоскости поляризации на 0,01. ГЛ. ХХХ. ВРАЩЕНИЕ 11ЛОСКОС'1'И 11ОЛЯ1'ИЗАЦИИ 557 у = [а]дс. (166 1) Коэффициент пропорциональности [а] ), аналогично коэффициенту а для кристаллов, характеризует природу вещества и носит название посп1ояниой вращения. Постоянная вращения зависит от длины волны и температуры, она может также меняться при изменении растворителя, и притом довольно сложным образом. Зависимость постоянной вращения от температуры, вообще говоря, незначительна.
Для большинства веществ она уменьшается примерно на одну тысячную своей величины при повышении температуры на один градус. Наблюдается изредка и обратный температурный ход. Точно так же влияние длины волны на вращательную способность (вращательная дисперсия) может быть охарактеризовано лишь в обп1их чертах и для каждого случая должно быть изучено. Био установил, что вращательная способность примерно обратно пропорциональна квадрату длины волны, т.е. 1 [о] ог —.
Л2 Это правило передает зависимость не точно и может служить лишь в качестве грубо ориентировочного. Вообще говоря, [а] с увеличением Л убывает, но существуют вещества, для которых вращательная дисперсия аномальна. И экспериментальные исследования,и теоретические изыскания (Друде) показывают, что области аномалии соответствуют областям собственных колебаний (полосы поглощения) и устанавливают, таким образом, связь этого явления с явлением дисперсии показателя преломления. ) В отличие от постояшюй вращения о для кристаллов, этот коэффициент для растворов обозначают через [сх].
обнаруживается в болыней или меныпей степени также весьма многими некристаллическими телами. К числу их принадлежат и чистые жидкости, например, скипидар, и растворы многих веществ в неактивных растворителях (например, водные растворы сахара). В настоящее время известны тысячи активных веществ, обладающих весьма различной вращательной способностью, от едва заметной до очень большой (например, никотин в слое толщиной 10 см поворачивает плоскость поляризации желтого излучения на 164'). Чрезвычайно важным фактом, установленным впервые Пастером (1848 г.) на примере солей виннокаменной кислоты, является существование активных веществ в двух модификациях, правых и левых. В настоящее время известны обе модификации для большинства активных тел, и есть все основания полагать, что все активные вещества могут существовать в двух таких видах, причем числовые значения вращательной способности для обеих модификаций всегда равны между собой и отличаются только знаком.
Для растворов Био (1831 г.) установил на опыте следующие количественные законы: угол поворота плоскости поляризации ~р прямо пропорционален толщине д слоя раствора и концентрации с активного вещества.: молнкулягнАя оптикА Формула Друде, подтверждаемая опытом, имеет вид [~~, л [ ~ ') ..
(166.2) 1 где Л; -- длины волн полос поглощения вещества, г = 1, 2, 3,... Законы Био показывают, что для растворенных тел вра|цение есть молекулярное свойство, так что величина. вращения возрастает пропорционально числу молекул на пути луча света (пропорционально длине слоя и концентрации); в соответствии с этим наблюдается вратцение и в аморфных телах, состоящих из тех же молекул (сахарные леденцы, например), и в парах соответствующих жидкостей (например, в парах скипидара или камфары). Опыт показывает, что постоянная вращения не зависит от агрегатного состояния. Так, для жидкой камфары (при 204'С) найдено [а] = 70',33, а для парообразной (при 220'С) [а~ = 70',31.
Влияние растворителя на удельную вращательную способность вещества следует рассматривать как вторичное влияние, несколько изменяющее свойства молекул. Вместе с тем, мы знаем, что вращательная способность характеризует и многие кристаллы, причем оказывается, что в некоторых случаях вращательная способность связана именно с кристаллической структурой и не является свойством самих молекул.
Так, плавленный (аморфный) кварц не вращает плоскость поляризации, тогда как кристаллический кварц принадлежит к числу наиболее активных веществ. В настоящее время установлено, что все вещества, активные в аморфном состоянии (расплавленные или растворенные), активны и в виде кристаллов, хотя постоянная вращения для кристаллических форм может сильно отличаться от ее величины для аморфных; наоборот, существует ряд веществ, неактивных в аморфном виде и вращающих в кристаллическом состоянии. Таким образом, оптическая активность может определяться как строением молекулы, так и расположением молекул в кристаллической решетке. Действительно, исследование соответствующих кристаллов (кварц, хлорноватистокислый натрий) при помощи рентгеновских лучей показывает особенности структуры, позволяющие истолковать их оптическую активность.
й 167. Сахариметрия Определив значение [а1 для данного растворителя, длины волны и температуры, можно использовать соотношение (166.1) для определения концентрации растворенного активного вещества. Принято выражать[а~ в градусах, а~ — в дециметрах и с — в г/см:тогда постоянную [а~ называют удельным вращением. Так, для водных растворов тростникового сахара при 1 = 20'С для желтых лучей (линия паров натрия. Л = 589,3 нм) [а~ = 66,46. Быстрота и надежность этого метода определения концентрации активных веществ сделали его основным методом количественных определений„практикуемых при производстве таких веществ, как камфара, кокаин, никотин и, особенно, сахаристые вещества.
ГЛ. ХХХ. ВРАЩЕНИЕ НЛОСКОС'1'И 11ОЛЯ1'ИЗАЦИИ 559 (в частности, в сахарной промышленности). Измерения, выполняемые по определенным международным инструкциям, являются общепризнанными официальными контрольными приемами. В соответствии с этим приборы, предназначенные для таких измерений и получившие название пояяримепьров или сахприме тров, доведены до высокой степени совершенства. ~ 168.
Теория вращения плоскости поляризации а. О б щ и е о с н о в ы. Френель (1817 г.) показал, что явление вращения плоскости поляризации сводится к особому типу двойного лучепреломления. В основе рассуждений Френеля лежит гипотеза, согласно которой скорость распространения света в активных веществах различна для лучей, поляризованных по правому и левому кругу.
При этом для правых веществ большее значение имеет скорость правокруговой волны, а для левых веществ — наоборот. Применяя индексы д (с1го11 правый) и 8 (8аисЬе -- левый), запишем допущения Френеля в форме: где г скорости циркулярно-поляризованного света, а п соответствующие показатели преломления. Френель проверил свои предположения при помощи опыта, специально придуманного для исследования различия в скорости распространения правого и левого циркулярно поляризованного света. Им была изготовлена сложная призма (рис.
30.5), состоящая из трех призм: двух - из правовращающего кварца (В) и одной из ле- Ы вовращающего С (оси направлены д вдоль стрелок на чертеже). Если, действительно, для правовращаю- Х) Е) я щего кварца п5 > п,1, а для лево- вращающего пе.
С пц, то линей- рис. 30.5. Призма Френеля для илно полЯРизованпыи пУчок света люстрации общей теории вращения проходя через такую призму, раз- плоскости поляризации двоится,как показано на чертеже (ср. действие призмы, изображенной на рис. 17.8 в). В результате из призмы выйдут два световых пучка: один — поляризованный по правому, другой — по левому кругу (на. рис, 30.5 угол расхождения показан для ясности чрезмерно большим). Опыт полностью подтвердил предположение Френеля. Нетрудно показать, что доказанное Френелем двойное преломление активных веществ для циркулярно-поляризованного света.
объясняет явление вращения плоскости поляризации. Действительно, плоскополяризованный свет можно представить себе как совокупность двух циркулярно-поляризованных волн, правой и левой, с одинаковыми периодами и амплитудами. Пусть в месте входа в слой вращающего вещества совокупность право- и левополяризованного 560 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА света эквивалентна плоскополяризованному свету с колебаниями по АА (рис. 30.ба), т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
