методическое пособие по физике, Конспекты лекций из Биофизика
si.koboeva
si.koboeva

методическое пособие по физике, Конспекты лекций из Биофизика

4 стр-ы.
13Количество просмотров
Описание
Ознакомление с методом количественного анализа вещества, основанным на явлении вращения плоскости поляризации.
20 баллов
Количество баллов, необходимое для скачивания
этого документа
Скачать документ
Предварительный просмотр3 стр-ы. / 4
Это только предварительный просмотр
3 стр. на 4 стр.
Это только предварительный просмотр
3 стр. на 4 стр.
Это только предварительный просмотр
3 стр. на 4 стр.
Это только предварительный просмотр
3 стр. на 4 стр.

Тема: Изучение вращения плоскости поляризации и определения концентрации сахарных растворов с помощью сахариметров.

Цель занятия: Ознакомление с методом количественного анализа вещества, основанным на явлении вращения плоскости поляризации Вопросы для подготовки к занятию: .1 Поляризация света .2 Закон Малюса .3 Какие вещества называются оптически активными? .4 С какой целью применяются поляриметры в медицине?

Информационно – дидактический блок Метод, применяемый при качественном и количественном анализе различных веществ с

помощью поляриметра, называется поляриметрией. Он широко используется в медицине и биологии (определение оптической активности сывороточных белков с целью диагностики рака), в клинической практике (количественное определение содержания сахара в моче). Поляризация света - одно из основных явлений, характеризующих свет как электромагнитную волну. Если в электромагнитной (световой) волне колебания вектора электрической напряженности происходят в одной плоскости, то такая волна называется плоско-поляризованной. Плоскость, проходящая через направление распространения волны и направление колебаний вектора электрической напряженности в такой плоско-поляризованной электромагнитной световой волне носит название плоскости поляризации или плоскости колебаний.Обычные источники излучения посылают неполяризованные световые волны - естественный свет. Это происходит потому, что в любом обычном источнике имеется очень большое число элементарных излучателей (атомов- осцилляторов), не связанных между собой актами испускания. Колебания световых векторов происходят во всевозможных направлениях, и поэтому плоскости их колебаний постоянно изменяют свое положение в пространстве.Некоторые вещества (например, турмалин) обладают свойством пропускать только определенную компоненту падающей на них естественной световой волны. Подобные вещества - системы (пластинки поляроида, поляризационные и двоякопреломляющие призмы и др.) обычно называют поляризаторами. Если на пути луча, вышедшего из поляризатора, установить второй поляризатор, называемый обычно анализатором, то амплитуда колебаний вектора электрической напряженности световой волны на выходе из подобной системы зависит от угла F 0 6 1 между направлениями плоскостей поляризации обоих поляризаторов (поляризатора и анализатора). То же самое относится и к значению интенсивности прошедшей волны (закон Малюса):I=I0cos2 F 0 6 1, (1), где I-интенсивность падающей на анализатор поляризованной световой волны; I0-интенсивность светового пучка на выходе из анализатора.В случае, когда направления плоскостей поляризации поляризатора и анализатора взаимно перпендикулярны (скрещенные поляризаторы)-свет через такую систему не проходит.В природе встречается целый ряд оптически активных прозрачных веществ, при пропускании через которые линейно - поляризованного луча происходит поворот плоскости поляризации последнего.Часть таких веществ проявляет свою активность в твердом, жидком и газообразном

0 0 1 Fсостояниях, например, винная кислота, ски пидар, сахар. Другая жe часть веществ, как-то: киноварь, кварц - оптически активны только в кристаллическом состоянии. По 0 0 1 Fхарак теру вращения оптически активные вещества можно разделить на правовращающие и левовращающие.В кристаллических телах явление вращения плоскости поляризации наблюдается при распространении плоско-поляризованного луча вдоль оси кристалла. Угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине пластинки

(2) 0 0 1 Fгде - вращательная способность кристалла, численно рав ная углу поворота плоскости

поляризации при прохождении лучом пластины толщиной в 1 мм для заданной длины волны светового пучка и температуры Т кристалла. Наблюдение явления вращения плоскости

0 0 1 Fполяризации осуществляет ся с помощью установки, принципиальная схема которой приведена на рис.1.

Рис. 1. Схема простейшей установки для наблюдения явления вращения плоскости поляризации

0 0 1 FУстановка сравнительно проста и включает в себя ис точник монохроматического света S , поляризатор N1 0 0 1 F и анализа тор N2 .Если между скрещенными поляризатором и анализатором рассмат 0 0 1 Fриваемой установки поместить кварцевую пластину К тол щиной , то можно будет заметить просветление поля зрения. При повороте анализатора вокруг направления луча на некоторый угол удается снова достигнуть нулевой интенсивности светового пучка на выходе из системы. Этот факт указывает на то, что свет после прохождения кристалла остается плоско- поляризованным, но плоскость поляризации его повернулась на угол . Аналогичный эффект наблюдается и в случае расположения между скрещенными поляризаторами кюветы с оптически активной жидкой или газовой средой. В растворе или газе угол F 0 6 1 прямо 0 0 1 Fпропорци онален концентрации С активного вещества и толщине активного слоя F 0 6 C

. (3) Здесь []- постоянная вращения (удельное вращение) также зависит от длины волны

светового пучка и температуры среды (растворителя), поэтому расчетные наблюдения ведут в 0 0 1 Fмо нохроматическом свете с = 5893 (среднее значение из длин волн зеленых линий излучения

натрия и ). Глаз не отличает естественный свет от поляризованного, но имеется целый ряд явлений,

свойственных только поляризованному свету, благодаря которому он и обнаруживается. Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью поляризатора (призма Николя, поляроид и др.). Он пропускает колебания, параллельные только одной (главной) плоскости, и полностью задерживает колебания, перпендикулярные этой плоскости. Если плоскости поляризатора и анализатора параллельны, F 0 6 A=0, F 0 7 0, т.е. cos F 0 6 A= F 0 B 11, то экран,

помещенный за анализатором, будет максимально освещенным. Если F 0 6 A= F 0 7 0/2, 3 F 0 7 0/2 , т.е. cos F 0 6 A=0 (поляризатор и анализатор скрещены), то экран будет темным. При прохождении поляризованного света через некоторые вещества наблюдается вращение плоскости поляризации. Такие вещества называются оптически активными. К их числу относят кристаллические тела (кварц, киноварь и др.), чистые жидкости (скипидар, никотин и др.) и растворы некоторых веществ (водные растворы сахара, винной кислоты и др.). В растворах угол F 0 6 1 поворота плоскости поляризации пропорционален пути F 0 6 C луча в растворе

и концентрации с раствора: F 0 6 1=[ F 0 6 10]с F 0 6 C, (4) где [ F 0 6 10]- удельное вращение. Оно обратно пропорционально квадрату длины волны, зависит от природы вещества и температуры и численно равно увеличенному в сто раз углу поворота плоскости поляризации слоем раствора толщиной 10 см при концентрации вещества 1 г на 100 см 3 раствора, температуре 20 0С и длине волны света F 0 6 C=589 нм. Удельное вращение сахара равно 66,5 град F 0 D 7см3/(г F 0 D 7дм)=0,665 град F 0 D 7м2/кг F 0 D 7. При пропускании поляризованного света через раствор оптически активного вещества плоскости поляризации волн различной длины будут поворачиваться на разные углы.

Если между поляризатором и анализатором, плоскости поляризации, которых взаимно перпендикулярны, поместить кювету с раствором оптически активного вещества, то поле зрения просветляется. Чтобы снова получить полностью затемненное поле зрения, необходимо анализатор повернуть на угол F 0 6 1 поворота плоскости поляризации света при прохождении через кювету с раствором. Зная удельное вращение данного вещества и длину кюветы, можно определить концентрацию раствора: . (5) Принципиальная схема сахариметра универсального СУ-2 (СУ-3) приведена на рис.2. Луч

света от источника 1 попадает на светофильтр 2, а затем проходит николь – поляризатор 3. Далее на пути луча установлена бикварцевая пластинка 4, состоящая из двух полукруглых элементов лево- и право- вращающего кварца. Место склеивания составных пластин проходит посредине поля зрения в вертикальном направлении. Толщина бикварцевой пластины такова, что поворот плоскостей поляризации ее половинами составляет 50 F 0 B 870 относительно друг друга. Затем по ходу луча установлены: 5- кювета для исследуемой жидкости, 6- подвижный

кварцевый клин из левовращающего кристалла, 7- стеклянный контрклин,8- неподвижный клин из правовращающего кварца, 9- анализатор, 10- зрительная труба. сфокусированная на бикварцевую пластину 4.

Поворот плоскости поляризации, вызываемый оптически активным веществом в кювете 5, компенсируется подвижным кварцевым клином 6. Значение перемещения клина фиксируется по шкале, определяющей поворот плоскости поляризации исследуемым раствором. Заметим, что в сахариметре СУ-2 применена международная сахарная шкала (оS). Значение 100оS этой шкалы соответствует 34,62 круговым градусам. Пределы измерения от -40о до + 100оS («+» –правое вращение, « F 0 2 D» - левое вращение).

Точность отсчета с помощью нониуса 0,1оS .

Рис. 2. Общий вид сахариметра универсального СУ-2: I - осветитель; 2 - камера поляризатора; 3 - 0 0 1 F камера для поме щения трубок с исследуемым раствором сахара, 4 - 0 0 1 F камера с по лутеневым анализатором; 5 - окуляр для отсчета смещения

0 0 1 Fкли ньев /толщины пластинки/; 6 - окуляр для наблюдения прошедших через поляризатор лучей; 7 - 0 0 1 F рифленный венчик, поворотом кото рого осуществляют фокусировку окуляра на бикварцевую

0 0 1 Fпластин ку; 8.- ручка, при помощи которой изменяют толщину переменной пластинки.

Николь-анализатор приборов связан с круговым нониусом отсчетной шкалы, по которм и определяется величина поворота плоскости поляризации исследуемым оптически активными веществами. Содержание занятия: Приборы и принадлежности: поляриметр, кюветы с растворами сахара. Порядок выполнения работы

1. Произведите градуировку поляриметра. С этой целью, помещая в камеру прибора трубку-кювету с растворами сахара известной

концентрации (,, ... ), измерьте углы поворота ( F 0 6 11, F 0 6 12, … F 0 6 1 ) плоскости поляризации. Отсчет угла поворота F 0 6 1 в каждом отдельном случае при заданной концентрации производится не менее трех раз. Затем вычисляется среднее арифметическое значение угла поворота плоскости поляризации F 0 6 1. Полученные данные занесите в таблицу №1.

2. Используя результаты измерений, постройте график зависимости угла вращения плоскости поляризации от концентрации сахара в растворе. Естественно, расчет углов вращения должен производиться с учетом нулевого положения.

3. Измерьте угол поворота плоскости поляризации для раствора с неизвестной концентрацией сахара.

4. Определите процентное содержание сахара в растворе с неизвестной концентрацией, исходя из градуировочного графика .

5. Определите удельное вращение сахара [ F 0 6 1]. Таблица №1

№ С1, % С2, % С3, % С4, % Сn, %

< >

Контроль исходного и заключительного уровня знаний: 1. анализ результатов лабораторной работы студентов 2. тесты по теме Литература

1. Ремизов А.Н. Курс физики, электроники и кибернетики. М. "Высшая школа".1982г. 2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, М."Высшая школа".1987г. 3. Ремизов А.Н.. М.: Медицинская и биологическая физика. М.:Высшая школа 1999. 4. Ливенцев Н.М. Курс физики. М.,1987г. 1-том, гл.5, стр.88-108.

5. Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. М. Дрофа. 2001г.

6. Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики. М. "Дрофа". 2002г. 7. Блохина М.Е., Эссаулова И.А., Мансурова А.Г. Руководство для лабораторных работ по

медицинской и биологической физике. М. Дрофа.2002г. 8. Ремизов А.Н., Максина А.Я.,Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика. М.

"Дрофа". 2003г. Глава 20.

Здесь пока нет комментариев
Это только предварительный просмотр
3 стр. на 4 стр.