САХАРИМЕТР. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРА В РАСТВОРЕ

Цель работы: определение концентрации сахара в растворе

Приборы и принадлежности: сахариметр (СУ - 3), набор трубок с раствором, известной и неизвестной концентрации сахара, линейка.

Некоторые вещества при прохождении через них света вызывают явление, которое получило название вращение плоскости поляризации.

Если в пространство между скрещенными поляризатором и анализатором поместить, например, сосуд с раствором сахара, то в окуляре наблюдается просветление поля зрения, которое можно погасить, вращая анализатор. Это явление объясняется способностью сахара вращать плоскость поляризации света.

Вещества, обладающие этим свойством, называются оптически активными. В случае падения плоскополяризованного света эти вещества поворачивают плоскость колебание вектора (напряженность электрического поля световой волны) на некоторый угол. Направление у различных веществ различно. Если поворот плоскости колебания вектора для наблюдателя, смотрящего на встречу проходящему лучу, совершается по часовой стрелке, то вещество называется правовращающим, если против часовой стрелки – левовращающим. Некоторые вещества существуют в двух модификациях, одна из которых вращает плоскость поляризации вправо, другая – влево. В случае чистого твердого вещества угол вращения пропорционален толщине проходимого светом слоя, а в случае раствора он пропорционален еще и концентрации активного вещества в растворе:

,

где j – угол поворота, l – толщина слоя, с – концентрация раствора, [a] – коэффициент, который определяет удельное вращение данного вещества, т. е. раствора в слое l =10 см при с =1 моль/литр.

Постоянная вращения [a] зависит от длины световой волны и примерно обратно пропорциональна квадрату длин волн:

.

Теория вращения плоскости поляризации сводится к особому типу двойного лучепреломления. На входе в оптически активное вещество линейнополяризованный монохроматический свет располагается на две волны той же частоты, но поляризованные по кругу во взаимно противоположных направлениях (поляризованной по кругу волной называется волна, конец электрического вектора напряженности которой совершает движение по кругу). Электрические векторы этих волн связаны соотношением , амплитуды векторов и численно равны половине амплитуды вектора и вращаются во взаимно противоположных направлениях. В оптически активном веществе скорости распространения волн, поляризованных по кругу, различны. Поэтому при прохождении этих волн через слой вещества между ними возникает оптическая разность хода и сдвиг фаз. Поворот происходит по направлению вращения того луча, который проходит вещество с большой скоростью. Причины различия связаны с асимметрией самих молекул оптически активного вещества, т. е. оптическая активность вещества обусловливается несимметричностью молекул.

Метод основан на измерении угла вращения плоскости поляризации раствором сахара. Н – трубка известной длины с исследуемым раствором, Р – поляризатор, А – анализатор. Измерение угла поворота плоскости поляризаций из двух установок николя - анализатор на темноту поля зрения в отсутствие и присутствие оптически активного вещества приближенно, так как человеческий глаз не может точно отметить положение, в котором анализатор установлен не на полное затмение поля зрения. Поэтому при измерениях применяется полутеневые поляриметры, устанавливаемые не на темноту поля зрения, а на равное освещение двух половин поля зрения.

В полутеневом поляриметре диаметр СС` разделяет поле зрения на две половины. В одной половине световые колебания лежат в плоскости Р1, а в другой – в плоскости Р2; обе плоскости составляют между собой малый угол. Если оба световых пучка пропустить затем через анализатор, у которого плоскость колебаний А перпендикулярна к Р2, то световой пучок половины 2 будет погашен, и поле зрения этой половины будет черное, тогда как часть света половины 1 будет пропущена анализатором, и потому поле этой половины будет более или менее светлой. Если анализатор расположен так, что плоскость колебаний Р1, то, очевидно, будет наблюдаться обратное явление. Ясно, что оба поля будут иметь одинаковое освещение только при положении А перпендикулярно ОС или А параллельно ОС. Установка положения анализатора на равенство освещения сначала в пучке света, идущего через воздух, а затем через оптически активное вещество, позволит по углу поворота анализатора определить и угол поворота плоскости поляризации в исследуемом веществе.

Основными частями прибора являются измерительная головка 2 и осветительный узел 8, соединенные траверсой 10. На траверсе 10 укреплена камера 5 для поляриметрических кювет и поляризатор 6 с оправой.

На лицевой стороне измерительной головки прибора имеется лупа 1 в оправе для отсчета показаний по шкале и зрительная труба 16, в которой находится гильза с анализатором, снимающая при регулировании однородности поля зрения. На тыльной стороне измерительной головки находится винт для установки прибора на нуль при помощи ключа. В нижней части измерительной головки расположена рукоятка кремальерной передачи 11 для перемещения подвижного кварцевого клина и связанной с ним шкалы.

Осветительный узел состоит из патрона с лампой, установленного при помощи трех винтов, и поворотной обоймы со стеклянным светофильтром, матовым стеклом и диафрагмой.

В оптической системе световой поток от лампочки накаливания 1 проходит через светофильтр 3 или матовое стекло 2, конденсор 4 и полутеневую призму – поляризатор 5, который преобразует его в поляризованный поток света и разделяет на две половины линию раздела. Поляризатор устанавливают таким образом, чтобы плоскости поляризации обоих половин светового пучка составляли одинаковые углы с плоскостью поляризации анализатора 11. В результате анализатор пропускает равные по светосиле половины светового потока. В установленной за анализатором зрительной трубе, состоящей из объектива 12 и окуляра 13, наблюдаются две разноосвещенные половины поля, разделенные тонкой линией.

Между поляризатором и анализатором помещены защитные стекла 6 и 7, а между защитными стеклами – кювета с исследуемым раствором. В результате оптической активности раствора нарушается равенство освещенности половины поля зрения. Для уравнивания освещенности половин поля зрения в сахариметре применен клиновый компенсатор, состоящий из большого кварцевого клина левого вращения 8, контрклина 9 и малого клина правого вращения 10. Перемещением большого клина относительно малого производят уравнивание освещенности половин поля зрения.

По нулевому деления нониуса 15 фиксируют значения шкалы 16, соответствующее состоянию одинаковой освещенности обеих половин поля зрения. Шкалу и нониус наблюдают через лупу 14. Освещение шкалы и нониуса осуществляется от лампочки накаливания через отражательную призму 18 и светофильтр 17. Окуляр зрительной трубки поля зрения и отсчетную лупу шкалы устанавливают по глазу наблюдателя. Для этого вращением оправ их передвигают вдоль оси, чтобы в поле зрения окуляра зрительной трубы вертикальная линия, разделяющая его на две половины,была ясно видна, а в поле зрения отсчетной лупы четко видны цифры и штрихи шкалы и нониуса.

Устанавливают прибор на нуль. Для этого при отсутствии в камере прибора поляриметрической трубки, вращая рукоятку кремальерной передачи, добиваются полной однородности поля зрения. При этом нулевые деления шкалы и нониуса должны совпадать. Если же этого нет, то при помощи ключа перемещают нониус до совпадения нулевого деления его с нулевым делением шкалы. После проверки нулевой точки прибора в камеру прибора вкладывают в поляриметрическую трубку с раствором. При этом нарушается однородность обеих половин поля зрения. Вращая рукоятку кремальерной передачи приводят поле зрения к полной однородности обеих половинок, как это было без поляриметрической трубки. После этого производят отсчет с точностью до 0.1 деления шкалы при помощи нониуса.

Подобные измерения производят со всеми сахарными растворами известной концентрации с трубками различной длины и берут среднее значение [a] из всех полученных значений. Затем берут трубку с раствором неизвестной концентрации и определяют его угол поворота плоскости поляризации.

Из измерений, проведенных для трубок с известной концентрацией, строят график зависимости угла поворота плоскости поляризации от концентрации С. По углу поворота плоскости поляризации неизвестную концентрацию определяют из графика его концентрации.

Поиск по сайту: