Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Wydział Wojskowo-Lekarski

Laboratorium z Biofizyki

Sprawozdanie Nr:O4 Polarymetria-wyznaczanie stężenia roztworu cukru

Data:13.10.2004 Piotr Falkowski

1.Fale elektromagnetyczne to przenoszenie się zaburzeń pola magnetycznego i elektrycznego drgających w stosunku do siebie pod kontem prostym i z tą samą częstotliwością. Fale elektromagnetyczne tworzą szeroką rodzinę. Do nich zalicza się fale: świetlne widzialne, podczerwone, nadfioletowe, radiowe, mikrofale oraz promienie X.

2. Światło spolaryzowane. Mówimy, że światło jest spolaryzowane liniowo, jeśli drgania świetlne w wiązce odbywają się w płaszczyznach wzajemnie równoległych.

3. Światło nie spolaryzowane. Mówimy, że światło jest nie spolaryzowane, jeśli doganianie są uporządkowane, występuje w wiązce wiele kierunków drgań.

4. Metody polaryzacji światła

Światło nie spolaryzowane można przekształcić w spolaryzowane wykorzystując zjawiska:

• Odbicia światła od dielektryka pod określonym kątem tzw. Kątem Brewstera. Całkowicie spolaryzowana jest część odbita padającego światła, a część załamana jest częściowo spolaryzowana.

• Dwójłomności, spowodowanej anizotropią prędkości światła w kryształach; polega ono na rozdzieleniu padającej na kryształ wiązki światła nie spolaryzowanego na dwie wiązki-nazywane zwyczajną i niezwyczajną-spolaryzowane w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych.

• Dichroizmu liniowego, czyli niejednakowego pochłaniania światła dla różnych kierunków drgań świetlnych. W większości kryształów różnica w pochłanianiu wiązki zwyczajnej i nadzwyczajnej jest nieduża, tak że w praktyce nigdy nie następuje całkowita absorpcja którejkolwiek z nich. Przyczyną dichroizmu jest zatem anizotropia pochłaniania światła przez kryształ lub polaroid.

• Rozproszenia światła przez cząsteczki. Istota tego zjawiska sprowadza się do emisji wtórnego promieniowania przez cząsteczki, na które pada światło(promieniowanie pierwotne).To wtórne promieniowanie jest wynikiem drgań elektronów wymuszonych przez padającą fale świetlną. Całkowicie spolaryzowane jest tylko światło rozproszone pod kątem 90^o w stosunku do kierunku wiązki padającej w innych kierunkach-polaryzacja światła rozproszonego jest tylko częściowa.

5. Pryzmat Nicola -zwany nikolem. Składa się z dwóch pryzmatów kalcytu(CaCO₃) specjalnie oszlifowanych i sklejonych balsamem kanadyjskim. Jeżeli na nikol pada światło nie spolaryzowane, w pryzmacie następuje jego podział na dwie wiązki (zjawisko dwójłomności). Obydwie wiązki są spolaryzowane, drgania świetlne w wiązce nadzwyczajnej odbywają się w płaszczyźnie rysunku, natomiast w wiązce zwyczajnej w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny rysunku. Gdy światło pada na nikol pod odpowiednim kątem, wówczas wiązka nadzwyczajna przejdzie przez kryształ tylko nieznacznie osłabiona a wiązka zwyczajna padając na granice ośrodków -kalcyt-balsam kanadyjski pod kątem większym od kąta granicznego, ulegnie całkowitemu wewnętrznemu odbiciu i zostaje wyeliminowana z biegu światła. W ten sposób otrzymujemy tylko wiązkę nadzwyczajną.

6. Prawo Malusa. Każdy wektor (np. wektor pola elektrycznego) można rozłożyć na dwa wzajemnie prostopadłe wektory składowe i rozpatrywać dalej zamiast wektora jego składowe. Pamiętając o tym możemy z powyższych rozważań wnioskować, że jeśli na nikol pada światło spolaryzowane liniowo o natężeniu I₀, to natężenie I wiązki światła opuszczającego nikol jest zależne od kąta β, jaki tworzy płaszczyzna drgań światła padającego i płaszczyzna drgań światła opuszczającego nikol. Zależność tą określa wzór Malusa:

7. Kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji dla roztworów. Umieszczenie niektórych substancji pomiędzy skrzyżowanymi nikolami prowadzi do rozjaśnienia pola widzenia. Oznacza to, że światło przechodząc przez tą substancje zmienia kierunek drgań (substancja skręca płaszczyznę drgań światła). Zmieniona płaszczyzna drgań tworzy z płaszczyzną drgań świetlnych wychodzących z analizatora kąt różny od 90^o i zgodnie ze wzorem
I≠0. Aby pole widzenia ponownie uległo zaciemnieniu, analizator należy obrócić o kąt α, który nazywamy kątem skręcania płaszczyzny polaryzacji. Substancje, które skręcają płaszczyznę polaryzacji światła, nazywamy optycznie aktywnymi(optycznie czynnymi). Zaliczamy do nich niektóre kryształy(np. kwarc, NaClO3), wiele związków organicznych (między innymi: białka, kwasy nukleinowe, roztwory cukrów).

---