ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Познакомиться с сахариметром и измерить концентрацию сахарного раствора.

Устройство сахариметра основано на явлении вращения плоскости поляризации при прохождении плоско поляризованного света через некоторые вещества, например, кварц, слюду, гипс, сахаристые вещества, скипидар, камфару, никотин и другие.

Вращение плоскости поляризации может быть вызвано двумя причинами. В одних веществах оно связано с расположением частиц в кристаллической решетке и поэтому исчезает при плавлении или растворении этих веществ. Кристаллы этой группы тел обычно встречаются в двух модификациях, одна из которых дает правое, другая - левое вращение (например, лево и право вращающий кварц).

У другой группы тел вращение плоскости поляризации зависит от специфической структуры самих молекул вещества, поэтому вращение наблюдается как в чистом веществе, так и в его растворе и зависит от концентрации раствора. К веществам второй группы относится сахар.

Пользуясь этим свойством сахара, можно определить его содержание в различных растворах.

Так как вращательная способность сахара зависит от его молекулярных свойств, то можно принять, что угол поворота плоскости поляризации будет тем больше, чем больше молекул встретится на пути луча, т. е. угол поворота прямо пропорционален концентрации раствора в толщине слоя, через который идет свет. Это можно записать в виде соотношения

j = K C l (1)

где j - угол поворота плоскости поляризации, C - концентрация раствора, l - толщина слоя, К - коэффициент пропорциональности.

На практике чаще приходится решать обратную задачу, а именно, по измерениям l и j определять концентрацию.

Исследуемый раствор сахара помещается на пути следования света между двумя николями – поляризатором и анализатором. Поляризованный поляризатором луч проходит через сахарный раствор и вызванный этим поворот плоскости поляризации луча j измеряется посредством анализатора. Толщина слоя раствора l определяется длиной трубки, в которую налит раствор.

Если в начале опыта при отсутствии раствора сахара николи скрестить, то поляризованный поляризатором луч не будет пропущен анализатором. Введенный между николями раствор сахара в трубке частично восстановит погашенный свет, и, чтобы снова погасить его (при использовании в опыте монохроматического света), придется повернуть анализатор на некоторый угол j. Этот угол и даст величину поворота плоскости поляризации.

Описанный способ определения j недостаточно точен, т. к. затемнение поля зрения происходит медленно, и трудно заметить момент полного затемнения.

Существует много способов устранения этого недостатка. В сахариметре, используемом в данной работе, применяется пластинка бикварца и компенсатор Солейля. Бикварц Б (рис. 6) позволяет использовать в работе не монохроматический свет, а естественный свет, получаемый, например, от электрической лампочки. Бикварц представляет собой кварцевую пластинку, составленную из двух половинок лево и право вращающего кварца. Толщина пластинки подобрана так, что когда поляризатор и анализатор строго параллельны, обе половинки окрашены в один цвет "чувствительного оттенка". Малейший поворот николей вызывает резкое изменение окраски одной половинки в синий, другой — в красный цвет.

Компенсатор Солейля состоит из пластинки Д правого кварца и такой же толщины пластинки Е левого, Пластинка Е составлена из двух клиньев, которые могут скользить один по другому, благодаря чему толщина пластинки Е может изменяться (рис. 6). Приступая к наблюдению, устанавливают компенсатор на ноль, то есть на одинаковую толщину пластинок Д и Е, и, вращая второй николь- анализатор, добиваются одноцветной окраски поля зрения.

Когда между николями помещается трубка с раствором сахара, равенство цветов обоих половинок поля зрения резко нарушается. Постепенно, надвигая кварцевые клинья пластинки Е один на другой, можно восстановить одноцветность, то есть компенсировать поворот плоскости поляризации, вызванной раствором сахара. При этом угол поворота поляризации и перемещение клиньев компенсатора будут пропорциональны концентрации раствора.

Внешний вид сахариметра приведен на рис. 7, где указаны: 1 - источник света; 2 – камера для установки кювет; 3 - головка кремальерной передачи компенсатора и шкалы; 4 - зрительная труба с анализатором; 5 - лупа для наблюдения угловой шкалы.