Задание 1. Определение концентрации сахара в водном растворе

Формула (3) позволяет по результатам измерения угла поворота плоскости поляризации определять концентрацию оптически активного вещества в растворе. Для определения концентрации сахара в воде даже существуют специальные приборы - сахариметры. Исторически сложилось так, что лимбы сахариметров проградуированы по шкале Вентцке. 100⁰V этой шкалы соответствуют вращению, которое дает раствор, содержащий 26, 026 граммов чистой сахарозы в 100см³ воды в кювете длиной 2дм. Лабораторный сахариметр также проградуирован по шкале Вентцке. Для того чтобы найти концентрацию сахара (в граммах на 1см³ раствора), пользуются формулой

C = 2a k /100 l (4)

где l - длина кюветы, дм; k - коэффициент, зависящий от вида сахара (для сахарозы k = 0, 26026), a - отсчет по шкале сахариметра, характеризующий угол поворота плоскости поляризации в градусах Вентцке (⁰V). Значения k для некоторых других веществ приведены в таблице (см.с.50).

В сахариметре однократной компенсации (СОК) вращение плоскости поляризации, вызванное исследуемым раствором, компенсируется с помощью кварцевых клиньев. Основными частями сахариметра являются (рис.3) две поляризационные призмы (одна из них называется поляризатором П, другая - анализатором А). Они закреплены неподвижно. Между поляризатором и анализатором размещаются кювета L с исследуемым раствором и кварцевые клинья К.

Рис.3 Рис.4

Для измерения поворота плоскости поляризации служит компенсатор, две части которого выполнены в виде клиньев из право- и левовращающего кварца. Заранее отградуированный компенсатор устанавливается в такое положение, когда вращение вектора Е в растворе компенсируется противоположным вращением при прохождении поляризованного света через кварцевые клинья компенсатора.

Смещение клиньев осуществляется кремальерой, расположенной внизу головки, и отсчитывается по шкале с нониусом. Так как дисперсия (зависимость угла вращения от длины волны) кварца практически совпадает с дисперсией сахаров, то компенсация при помощи клиньев происходит одновременно почти для всех длин волн света. Это позволяет применять в качестве источника белый свет.

Один окуляр зрительной трубы служит для установки кварцевых клиньев в положении компенсации, а другой окуляр для отсчета показаний шкалы. Имеется приспособление для освещения шкалы прибора.

Для повышения точности измерений в поляриметрах компенсаторы устанавливают так, что малые яркости двух (или трех) полей сравнения, на которые разделено поле зрения прибора, одинаковы. С этой целью поляриметры снабжают полутеневым устройством - поляризатором особой конструкции. Для этого поляризационная призма разрезается пополам вертикальной плоскостью (рис.4). Образовавшиеся грани сошлифованы на небольшой угол, после чего призма вновь склеена.

Свет, выходящий из призмы, разделяется на два линейно поляризованных пучка, поляризации которых составляют между собой малый угол g» 3⁰(рис.5). В результате этого поле зрения разделяется на две половины, с четкой границей между ними. Если направление разрешенных колебаний А анализатора перпендикулярно П₁, то он не пропустит свет, прошедший через П₁. При этом одна половина поля зрения будет темной, а другая - слабоосвещенной.

Рис.5.

Если А перпендикулярно П₂, то другая половина поля зрения будет темной. Если направление разрешенных колебаний А анализатора расположено симметрично относительно П₁ и П₂ - плоскостей поляризации обеих половин пучка, то оба поля зрения имеют одинаковую небольшую освещенность (рис.5).

При введении в прибор кюветы с оптически активным веществом фотометрическое равенство нарушается. Перемещением компенсатора равенство освещенностей можно восстановить.

Угол поворота плоскости поляризации определяется по разности отсчетов, соответствующих фотометрическому равенству при наличии оптически активного раствора и без него.