Тема: Определение концентрации сахарного
раствора сахариметром
Выполнил студент: ГГ-11-1 ___ Камилатов Н.В.
(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О)
Проверил профессор кафедры ОТФ: __________ Мартынов В.Л.
(подпись) (Ф.И.О)
Санкт-Петербург
2012 г.
Цель работы: определить концентрацию сахарного раствора сахариметром.
Краткое теоретическое содержание.
Видимый свет, как известно, представляет собой электромагнитные волны с длинами волн от 4×10-7 до 7×10-7 м. В электромагнитной волне векторы напряженности электрического поля 
и магнитного поля 
взаимно перпендикулярны и одновременно перпендикулярны направлению распространения волны. Волны с такими свойствами называют поперечными.
Плоскость, проведенную через направления векторов напряженности электрического поля и световой луч, называют плоскостью колебаний электрического вектора.
Если для некоторого пучка света плоскость колебаний электрического вектора не изменяет своего положения в пространстве, то такой свет называют линейно (или плоско) поляризованным.
Для получения линейно поляризованного света используют специальные призмы, изготовленные из исландского шпата, и эти призмы называют поляризаторами. Аналогичные по устройству призмы, используемые для анализа поляризованного света, называют анализаторами.
Ряд веществ обладает способностью поворачивать плоскость колебаний вектора Е, проходящего через них светового луча. Это явление называется оптической активностью. К оптически активным веществам относятся некоторые кристаллы и растворы (например кварц и раствор сахара в дистиллированной воде).
Вращение плоскости поляризации объясняется особым расположением атомов в пределах молекулы оптически активного вещества.
Если между скрещенными поляризатором и анализатором поместить оптически активное вещество, то плоскость поляризации света, вышедшего из поляризатора, повернется вокруг светового луча на некоторый угол, и анализатор пропустит свет. Чтобы вновь погасить свет, необходимо повернуть анализатор на угол α, равный углу вращения плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации при прохождении поляризованного света через кристалл пропорционален толщине активного слоя l. Для активного раствора угол поворота пропорционален длине пути луча в растворе и концентрации раствора с.
Для кристалла
‚
для раствора
‚
где ρ′ и ρ″ - удельное вращение соответственно для кристалла и раствора.
Удельное вращение (коэффициент ρ″) численно равен углу поворота плоскости поляризации при длине пути в 1 м и единичной концентрации активного раствора. Удельное вращение зависит от рода активного вещества и длины волны проходящего света.
Целью лабораторной работы является определение величины удельного вращения ρ″ для раствора сахара (для чего используется эталонный раствор), а также определение концентрации сахара в некотором исследуемом растворе.
Сахариметр - прибор для определения содержания сахара (реже — других оптически-активных веществ) в растворах путём измерения угла вращения плоскости поляризации.
Поляризация — явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля E или напряженности магнитного поля H
Поляризованный свет - свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены
Поляризация света - выделение линейно поляризованного света из естественного или частично поляризованного
Поляризатор - специальное устройство которое служит для поляризации света. Его действие основывается на поляризации света при отражении и преломлении на границе раздела двух сред.
Анализатор - специальное устройство для определения характера и степени поляризации света
Вращение плоскости поляризации - при прохождении линейно поляризованного света через некоторые вещества называемые оптически активными, плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления луча
Концентрация раствора сахара определяется прибором, который называется сахариметром. Его основными частями являются поляризатор и анализатор, между которыми помещается трубка с раствором сахара
Так как точно установить поляризатор и анализатор “на темноту “ невозможно, то в сахариметре применяется полутеневой поляризатор. Получается он из поляризационной призмы Николя, разрезанной по двум плоскостям, симметричным плоскости главного сечения ОО′ (рис.1) и составляющими между собой небольшой угол 2β. Лежащий между этими плоскостями клин вырезается, и обе половинки склеиваются. Каждая половинка представляет собой самостоятельный поляризатор, причем плоскости колебаний электрического вектора Р1 и Р2 лучей света, прошедших через них, образуют угол 2β.
При прохождении через анализатор обоих лучей правая и левая половины поля зрения освещены одинаково только в том случае, если плоскость поляризации анализатора составляет одинаковые углы с плоскостями поляризации обоих лучей. Последнему условию удовлетворяет плоскость ОС (рис. 2а). Если на пути луча, вышедшего из поляризатора, поместить трубку с раствором сахара, то плоскости поляризации Р1 и Р2 повернутся на некоторый угол (рис.2,б), и освещенности правого и левого поля зрения будут различными. Для уравнивания освещенности полей в сахариметре имеется компенсирующий кварцевый клин, вращающий плоскость поляризации в сторону, обратную той, в которую вращает ее раствор сахара. Двигая клин, можно подобрать толщину кварца, при которой вращение, вызванное раствором, полностью компенсируется.
Схема установки.
Оптическая схема сахариметра (рис.3) следующая: свет от источника 1 проходит через фильтр 2, выделяющий узкую спектральную область. За фильтром расположены поляризатор 3, трубка с раствором сахара 4, кварцевый клин 5 и анализатор 6.
 |
На рис.4 показан внешний вид сахариметра. Источником света 1 служит лампа накаливания, укрепленная внутри прибора. Фильтр (красный) может быть введён в оптический канал с помощью вращения держателя 2. Трубка с исследуемым раствором сахара вкладывается в прибор через продольный вырез 3, закрывающийся шторкой. Две половинки поля зрения наблюдаются в окуляр зрительной трубки 4. Кварцевый компенсирующий клин перемещается винтом 5. С подвижным кварцевым клином связана шкала, которую можно наблюдать с помощью окуляра 6.
Расчетные формулы.
1) Удельное вращение:
- длина трубки с раствором сахара
С - концентрация раствора
-угол поворота плоскости поляризации
,
- угол поворота плоскости поляризации
- нулевой отсчет угла поворота плоскости поляризации.
2) Расчет концентрации неизвестного раствора:
,
ρ″ - удельное вращение соответственно для раствора.
,