ALTE DOCUMENTE
|
||
DETERMINAREA CINCENTRATIEI UNDEI SOLUTII OPTIC ACTIVE
CU AJUTORUL POLARIMENTULUI
Unda luminoasa este o unda electromagnetica transversala; ea are o componenta magnetica H si una electrica E , oscilatiile vectorilor electrici si magnetici facandu-se in plane perpendiculare intre ele si, in acelasi timp , perpendiculare pe directia de inaintare a undei. Dintre cele doua componente , cea electrica este cea responsabila pentru efectul luminos.
In lumina nepoplarizata oscilatiile vectorului electric au loc perpendicular pe directia de inaintare a luminiii si in toate directiile in jurul acestuia(in toate azimuturile). Daca oscilatiile ar avea loc numai pe anumite directii , am spune ca lumina este partial polarizata.In cazul in care oscilatiile au loc pe o singura directie (oscilatii intr-un singur azimut) spunem ca lumina este polarizata.
Exista mai multe metode de polarizare a luminii :
-Reflexia : cand lumina naturala cade pe o suprafata reflectanta , se reflecta mai bine acele unde al varor vector electric oscileaza parallel cu suprafata reflectanta ; exista un anumit unghi de incidenta, cunoscut sub numele de unghi Brewster , pentru care raza reflectata si cea refractata sunt perpendiculare un ape cealalta si , ambele total polarizate. Pentru unghiul Brewster este valabila relatia:
TgØ polarizare n /n
Unde n2 este indicele de refactie al mediului in care patrunde raza , iar n1 este indicele de refactie al mediului din care provine raza.
-Birefringenta este proprietatea unor cristale de a imparti in doua componente total polarizate lumina nepolarizata care patrunde in interiorul lor; aceasta proprietate este specifica acelor substanta care, desi omogene , sunt anizotrope , adica in care viteza undei luminoase nu este aceeasi in orice directie. Daca , printr-un system oarecare ( de ex. Prin reflexive totala) se indeparteaza una dintre cele doua raze total polarizate , cealalta poate fi folosita pentru determinari polarimetrice.
-Dicroismul este proprietatea cristalelor birefringente de a avsorbi una din cele doua raze total poolarizate din interiorul lor ; cealalta raza poate fi folosita pentru determinari polarimetrice.
Solutiile optic active au proprietatea de a roti planul luminii polarizate.
Activitatea optica a unei substante se poate datora unei asimetrii a moleculelor de substanta sau poate fi o proprietatea substantei in stare cristalina.De exemplu , solutiile de glucoza sunt dextrogire, activitatea optica fiind o caracteristica a moleculei de glucoza. In cazul cuartului cristalin, activitatea optica este consecinta structurii cristaline, deoarece dispare cand cuartul este topit si apoi resoldificat intr-o stare vitroasa, necristalina.
Intre anumite limite de concentratie , ungiul a cu care o substanta optic active roteste planul de polarizare al luminii variaza direct proportional cu concentratia C a substantei optic active precum si cu grosimea l a stratului de substanta strabatut (legea lui Biot)
a=|a| l C
(1)
Solutia de glucoza este o substanta optic active dextrogira; ea roteste spre dreapta planul de polarizare a luminii. Tuburile in care se toarna solutia de glucoza au o lungime cunoscuta (de obicei , l = 10 cm).
In aceste conditii, daca am putea masura unghiul α ( alfa ) cu care o solutie de glucoza de concentratie necunoscuta Cx roteste planul de polarizare al luminii si daca am cunoaste puterea rotatorie specifica [ α ] a glucozei in solutie , am putea determina concentratia Cx a solutiei printr-o metoda fizica mai rapida si mai ieftina decat metodele chimice. Acest lucru este posibil cu ajutorul polarimetrului.
Masurarea unghiului α cu care o solutie de glucoza roteste planul de
polarizare a luminii
Polarimetrul este instrumentul care permite masurarea unghiului cu care o substanta optic active roteste planul luminii polarizate . In esenta, polarimetrul este format dintr-un system de polarizare a luminii (numit polarizor ) si un system de analizare a starii de polarizare a luminii (numit analizor ) , intre care se plaseaza cuva cu solutia de studiat.
Polarizorul P si analizorul A folosite.in general, in polarimetrie sunt niste prisme numite nicoli ( dupa numele celui care le-a inventat , fizicianul William Nicol). Acesti nicoli sunt cristale birefringente de spat de Islanda, taiate intr-un anumit fel. In punctul de incidenta I , raza incidenta nepolarizata da nastere in cristal la doua raze luminoase total polarizate, avand directii diferite. Planul de polarizare al uneia dintre raze este vertical (liniutele verticale) din figura indica planul de polarizare) iar planul de polarizare al celeilalte raze este orizontal (cerculetele negre indica acest plan de polarizare perpendicular pe primul plan). Deoarece una dintre cele doua raze total polarizate trebuie indepartata, cristalul se taie pe directia diagonalei mici iar cele doua bucati rezultate se lipesc la loc, in aceeasi pozitie, cu balsam de Canada (care are indicele de refractie mai mic decat cel al spatului de Islanda). La incidenta pe interfata cristal-balsam, unghiul de incidenta al razei polarizate orizontal depaseste in marime unghiul limita de reflexive totala, astfel incat raza polarizata orizontal se reflecta total si nu se propaga mai departe iar din polarizer nu iese decat raza polarizata in plan vertical.
Cand polarizorul si analizorul sunt asezate in aceeasi pozitie iar intre ei nu este substanta optic active ( tubul polarimetrului este gol) , lumina polarizata de catre polarizor traverseaza fara probleme analizorul, pastrandu-si nemodificata amplitudinea.Daca,insa,analizorul se roteste cu un unghi oarecare fata de polarizor in jurul unei axe care coincide cu directia de propagare a luminii , prin analizor nu va trece decat componenta verticala a vectorului electric E , intensitatea razei luminoase care iese din analizor micsorandu-se . Pe masura ce unghiul dintre polarizor si analizor creste,lumina observata este tot mai slaba, iar pentru un unghi de 90 grade (incrucisarea nicolilor) extinctia este totala (componenta verticala a vectorului electric al luminii devine egala cu zero).In aceasta situatie ,daca in tubul cu solutia de studiat se introduce o solutie optic active,intensitatea razei luminoase care iese din analizor revine la o anumita valoare si, pentru a obtine din nou extinctia maxima , este necesara o rotire suplimentara a analizorului cu un unghi a carui valoare poate fi citita pe o scala gradate.Acesta este unghiul α cu care solutia din tub a rotit planul luminii polarizate.
Ochiul apreciaza cu dificultate un maxim sau un minim de luminozitate dar poate sesiza cu precizie egalitatea luminozitatii a doua suprafete luminoase adiacente.Pentru a profita de aceasta particularitate a vederii , se monteaza o lama dicroica intre polarizor si analizor , in asa fel incat sa fie traversata numai de o parte din fasciculul luminos care iese din polarizor.
Sa presupunem ca lama dicroica este asezata in dreptul jumatatii inferioare a polarizorului si roteste planul luminii polarizate la dreapta cu un unghi β.
Cand in tub se afla apa distilata , la iesirea din polarizor plajele nu mai sunt egal luminate ,desi nicolii polarizor si analizor sunt paraleli.Jumatatea inferioara a campului optic este mai slab luminata deoarece lama dicroica a rotit planul luminii polarizate cu un unghi β (prin analizor trece doar componenta vectorului campului electric avand directia planului vertical de polarizare si valoarea E cos β ).
Pentru a avea o iluminare uniforma , analizorul trebuie rotit cu un unghi β/2 , astfel incat proiectiile vectorului camp electric pe directia analizorului sa fie egale.
In cazul in care , dupa ce am realizat un camp optic uniform luminat prin rotirea analizorului cu unghiul β/2 , introducem tubul cu solutie optic activa in locul tubului cu apa distilata, vom constata ca apare din nou o diferenta de iluminare intre cele doua jumatati ale campului optic.
Pentru a obtine din nou o iluminare uniforma a campului optic, analizorul trebuie rotit cu un unghi suplimentar α , egal cu unghiul cu care solutia optic active roteste planul luminii polarizate .
Exista polarimetre unde lama dicroica nu imparte campul in doua jumatati egale.La unele dintre polarimetre ,imaginea lamei dicrotice are forma unei fasii centrale in camp , la altele imaginea ei apare ca un triunghi plasat in campul polarimetric etc.
ENACHE OANA CRISTINA
|
