ANALIZA INTRUMENTALNA KOLOS II SEMESTR

35)Jeżeli światło biale przechodzi przez filtr barwny (w naszym przypadku jest to roztwór oranżu metyloweg) co dzieje się po przejsciu przez badana substancje?

Jeśli przepuści się światło białe przez filtr barwny, światło po drugiej stronie filtra ma taki sam kolor jak filtr. A to dlatego, że żadna z pozostałych barw światła białego nie może przez niego przejść(filtr pochłania czesc widma).

36)Do pomiarow widma absorpcji wykorzystywany jest kolorymetr Spekol 11. W jaki sposób uzyskujemy w nim rozszczepienie swiatla? Wytłumacz ten mechanizm i omow na podstawie rysunku.

Schemat biegu promieni w spektrofotometrze Spekol:

Światło białe emitowane przez żarówkę, po przejściu przez szczelinę wejściową, jest kierowane przy pomocy soczewki (kolimatora) na siatkę dyfrakcyjną. Siatka ta może być obracana wokół pionowej osi za pomocą bębna wyskalowanego bezpośrednio w długościach fali przechodzącego światła. Zjawisko dyfrakcji światła na siatce powoduje rozłożenie światła białego na barwne widmo ciągłe. Fale o wybranych długościach , po przejściu przez drugą soczewkę są skupiane na szczelinie wyjściowej. Następnie przechodzą albo przez kuwetę pomiarową Nr 1, która jest przeźroczysta dla wszystkich długości fal widma widzialnego, albo też przez kuwetę Nr 2, w której umieszczony jest badany filtr. Zależy to od tego, którą z nich przesuniemy ręcznie przed szczelinę wyjściową. Po przejściu przez kuwetę światło (monochromatyczne) pada na fotodetektor (fotoogniwo). Powstający pod wpływem światła sygnał napięciowy jest wzmacniany elektronicznie i mierzony przez miernik analogowy. Ponieważ napięcie wytwarzane przez fotoogniwo zależy także od długości fali świetlnej (jest to detektor selektywny), konieczna jest korekta jego sygnału. Korekta polega na takiej regulacji wzmocnienia wzmacniacza za pomocą pokrętła oznaczonego "100%", aby przy przejściu światła przez kuwetę Nr 1 (przeźroczystą) wychylenie wskazówki miernika odpowiadało podziałce oznaczonej jako 100% na skali transmisji. Następnie przed szczelinę wyjściową przesuwamy kuwetę Nr 2 z badanym filtrem. Jeśli ten filtr pochłonie część promieniowania, miernik pokaże wartość transmisji filtru T (w %) odpowiadającą danej długości fali.

POLARYMETRIA

37)Jakie światło nazywamy spolaryzowanym? Podaj definicje i objaśnij.

Światlo w którym drgania wektora elektrycznego E i magnetycznego H odbywaja się w dwu scisle określonych,wzajemnie prostopadłych kierunkach, nazywamy liniowo(albo plasko) spolaryzowanym. Drgania wektora elektrycznego w świetle spolaryzowanym:

Jeśli kierunki drgań wektora 
 są w jakiś sposób uporządkowane, falę nazywamy spolaryzowaną. Polaryzacja może być liniowa, gdy drgania zachodzą tylko w jednej przechodzącej przez promień płaszczyźnie.

Kiedy z zachowaniem wzajemnych relacji kierunkowych, układ wektorów 
 i 
wykonuje obrót wokół kierunku propagacji, to mówimy, że fala jest spolaryzowana kołowo. W zależności od kierunku tego obrotu fala może być spolaryzowana prawo- lub lewoskrętnie.

W przypadku fali spolaryzowanej kołowo składowe 
 i 
 wektorów 
 i 
 będą różne w różnych punktach na osi 
, przy zachowaniu bezwzględnych ich wartości. Kiedy bezwzględne wartości zmieniają się, mówimy o polaryzacji eliptycznej.

38)Omow polaryzacje przez odbicie.

Kiedy nie spolaryzowane światło pada na granicę dwóch ośrodków to światło odbite wykazuje pewien stan polaryzacji. Całkowita polaryzacja jest wtedy, kiedy kąt pomiędzy wiązką odbitą i załamaną jest kątem prostym. Kąt padania 
, dla którego warunek ten jest spełniony nosi nazwę kąta Brewstera. Światło załamane jest spolaryzowane w dużym stopniu w kierunku prostopadłym do kierunku polaryzacji światła odbitego. Jednak nawet przy kącie padania równym kątowi Brewstera światło to nie jest spolaryzowane całkowicie. Kiedy kąt padania równy jest kątowi Brewstera, to wykorzystując prawo załamania Sneliusa otrzymujemy: 
. Wielkość 
 określa współczynnik załamania ośrodka drugiego względem pierwszego. Określenie kąta Brewstera umożliwia znalezienie warunków, w jakich następuje całkowita polaryzacja promienia odbitego.

39)Omow polaryzacje przy podwojnym zalamaniu. Co to jest Nikol?

Jest to zjawisko polegające na tym, że przy wchodzeniu światła do pewnych ośrodków promień padający dzieli się na dwa: zwyczajny i nadzwyczajny. Biegną one w różnych kierunkach i są spolaryzowane liniowo, w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych. Dla promienia zwyczajnego obowiązuje zwykle prawo załamania. Dla promienia nadzwyczajnego współczynnik załamania n jest funkcją kąta padania. Dla kryształów optycznie dodatnich n_n >> n_z, dla optycznie ujemnych odwrotnie. Na zjawisku podwójnego załamania oparta jest budowa najlepszych i najpopularniejszych polaryzatorów, tzn. pryzmatów Nicola, zwanych po prostu nikolami.

40)Omow polaryzacje przez dichroizm.

Zjawisko dichroizmu kryształów wykorzystuje się w polaroidach. Kryształy dichoiczne mają silne właściwości pochłaniania jednego ze spolaryzowanych promieni. W świetle przechodzącym kryształy te mają charakterystyczne zabarwienie, które zmienia się w zależności od kąta padania światła. Polaroidy podobnie jak nikole, przepuszczają światło całkowicie wtedy, gdy ich płaszczyzny polaryzacji są równoległe, a zatrzymują całkowicie, gdy są prostopadłe.

Jeśli na drodze promienia spolaryzowanego ustawimy drugi nikol, który będziemy obracać to natężenie wiązki światła wychodzącej z nikola będzie ulegać okresowym zmianom. Gdy płaszczyzny polaryzacji polaryzatora (nikol służący do otrzymywania wiązki spolaryzowanej) i analizatora (nikol do analizy światła spolaryzowanego) tworzą dowolny kąt α, wówczas natężenie swiatła I przechodzącego przez taki układ określa prawo Malusa: I = I₀cos²α, gdzie I₀ to natężenie światła przechodzącego przez polaryzator i analizator o wzajemnie równoległych płaszczyznach polaryzacji.

41)Co oznacza ze substancja jest „ptycznie aktywna”

optycznie aktywne substancje-substancje wykazujące aktywność optyczną, czyli skręcające płaszczyznę polaryzacji światła spolaryzowanego liniowo w prawo lub w lewo o pewien, charakterystyczny dla danej substancji kąt; aktywność ta jest wynikiem specyficznej budowy cząsteczek związku (np. obecnośćatomów asymetrycznych, budowa helikalna) lub szczególnego rozmieszczenia atomów bądź jonów w komórkach elementarnych kryształów; większość związków naturalnych należy do s.o.a.

43)Co oznacza, że światło jest czesciowo spolaryzowane?

Światło składające się częściowo ze światła nie spolaryzowanego, a częściowo ze światła spolaryzowanego nazywamy światłem częściowo spolaryzowanym. Dla takiego światła określamy stopień (współczynnik) polaryzacji jako:

gdzie: I_p-natężenie światła spolaryzowanego, I_n-natężenie światła nie spolaryzowanego.

44)Co to jest skręcalność wlasciwa? Czy zalezy od stężenia badanej substancji? Wyjaśnij w jaki sposób.

Skręcalność właściwa - wartość charakteryzująca substancję aktywną optycznie, poprzez wartość kąta skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego przez roztwór tej substancji.

Otrzymuje się na podstawie wzoru:

gdzie:

• α - wartość skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego

• c - stężenie roztworu (wyrażone w %) lub gęstość roztworu (mierzona w g/(cm³)

• l - długość drogi pokonanej przez światło w roztworze (wyrażona w dm)

Skręcalność właściwa zależy istotnie od użytego rozpuszczalnika, temperatury i długości fali, w pewnym stopniu także od stężenia. Dla niektórych substancji rozpuszczalnik może wpływać nie tylko na wielkość, ale i na znak skręcalności.

45)Co to jest prawo MALUSA? Podaj wzor i przykład zastosowania.

Przy kątach pośrednich natężenie przechodzącego światła będzie się zmieniać zgodnie z tzw. prawem Malusa. Sens tego prawa wyjaśnia schemat pokazany na rysunku. Jeśli czerwona strzałka pokazuje kierunek drgań wektora pola elektrycznego po przejściu światła przez polaryzator, to przy ustawieniu analizatora zgodnie ze strzałką fioletową składowa drgań po przejściu przez niego będzie 
. Natężenie promieniowania proporcjonalne jest do kwadratu amplitudy drgań, więc zależność natężenia (intensywności) promieniowania od kąta może być wyrażona w postaci 
.

Zastosowanie - fotometria.

46)Podaj z jakiego wzoru obliczane było stezenie badanych substancji.

S=
gdzie:
-skrecalnosc wlasciwa , l- długość rurki polarymetrycznej w dm,

-kat skrecenia płaszczyzny polaryzacji

47)Omow budowe polarymetru kolowego. Co to jest polaryzator, a co to jest analizator? Kiedy uzyskamy poprawny odczyt kata skrecenia?

Do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego przez

substancję optycznie czynną służy polarymetr polcieniowy Lippicha(Rys. 1).

Schemat układu optycznego polarymetru połcieniowego: 1-źródło światła; 2-kolimator; 3-polaryzator;4-urządzenie półcieniowe; 5-rurka polarymetryczna; 6-analizator;

7-pokrętło analizatora; 8-okular

W celu zwiększenia dokładności oznaczeń kąta skręcenia stosuje się trójpolowe polarymetry Lippicha.Trojdzielnosc pola widzenia uzyskuje się przez umieszczenie za polaryzatorem dwoch polpryzamtow.Obraz w okularze trójpolowego polarymetru Lippicha przedstawia rysunek:

Pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła przez substancję optycznie

czynną umieszczoną w rurce polarymetrycznej pomiędzy polaryzatorem a analizatorem,

polega na odczycie wartości kąta na noniuszu i skali sprzężonej z analizatorem, przy

ustawieniu jednakowej jasności trzech sąsiadujących ze sobą pol, na ktore jest

podzielone pole widzenia w okularze polarymetru. Pomiary polarymetryczne wykonuje

się używając jako źródła swiatla monochromatycznego lampy sodowej.

Polaryzator- Nikol przepuszczający światło o określonej polaryzacji liniowej.

Analizator- Nikol o określonej, znanej płaszczyźnie polaryzacji.

48)Od czego zalezy kat skrecenia płaszczyzny polaryzacji?(podaj 3 przyklady)

Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji zależy od

• rodzaju ciała ,

• stęzenia roztworu ,

• grubości warstwy skręcającej  

49)Co to jest kat Brewstera?

Kąt Brewstera - jest to kat padania światła na powierzchnię dielektryka, przy którym promień odbity jest całkowicie spolaryzowany liniowo.

Warunek Brewstera można zapisać α + β = 90°.

Z prawa Snelliusa:

oraz warunku równości kątów α_B = α (kąt padania równy jest kątowi odbicia) po przekształceniu:

z powyższego wynika wzór na tangens kąta Brewstera, będący ilościowym zapisem prawa Brewstera :

50)Przez trzy pryzmaty ułożone pod katami zadanymi przez prowadzacego przechodzi światło biale.Jaki będzie wynik kata skrecenia płaszczyzny polaryzacji i jakie natężenie swiatla po przejsciu przez ostatni pryzmat?

Kat skrecenia polaryzacji:

=
ustawienie analizatora(
) - ustawienie początkowe dla skali rownej 0(
)

Natężenie swiatla : I=

Rys. 1. Schemat optyczny Spekola

---