Явление дихроизма

На другом принципе основаны поляризаторы, изготовленные из турмалина, герапатита (сернокислый иод-хинин) и некоторых других кристаллов, которые наряду с двойным лучепреломлением обладают еще свойством поглощать один из лучей значительно сильнее, чем другой - дихроизм. Так, в пластинке турмалина толщиной 1мм обыкновенный луч практически полностью поглощается и вышедший свет плоскополяризован.

Из мелких кристалликов герапатита выкладывают значительные площади на целлулоидной пленке. Для их ориентации используют электрическое поле. Такие устройства, называемые поляроидами, могут работать как поляризаторы (анализаторы).

Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами. Поляриметрия (оптическая активность, постоянная вращения, правовращающие и левовращающие вещества, вращательная дисперсия).

При прохождении плоскополяризованного света через некоторые вещества [некоторые кристаллы (кварц, киноварь), растворы многих органических веществ (сахара, кислоты, алкалоиды и др.), а также некоторые чистые жидкости (скипидар, никотин)] наблюдается вращение плоскости колебаний светового вектора или вращение плоскости поляризации. Вещества, обладающие такой способностью, называются оптически активными.

Пусть монохроматический свет падает от источника И на систему поляризатор П - анализатор А, которые поставлены параллельно, т.е. их главные плоскости взаимно параллельны. В этом случае наблюдатель увидит светлое пятно (в случае взаимно перпендикулярного расположения – полное затемнение), так как анализатор пропустит свет плоскополяризованный в соответствии с законом Малюса (j = 180⁰) (рис.3.1)

Рис.3.1 Схема опыта.

Если между поляризатором и анализатором поместить кварцевую пластинку так, чтобы свет проходил вдоль ее оптической оси, то в общем случае свет не дойдет до наблюдателя. Если же анализатор повернуть на некоторый угол, то можно вновь добиться освещенности. Это свидетельствует о том, что кварцевая пластинка вызвала поворот плоскости поляризации на угол, соответствующий повороту анализатора для получения освещенности.

Если использовать в опыте свет различной длины волны, то можно обнаружить зависимость угла поворота от длины волны, т.е. дисперсию вращения плоскости поляризации (вращательную дисперсию).

Кварцевая пластинка толщиной 1 мм вращает плоскость поляризации на следующие углы: для красного света -15⁰

желтого - 21⁰

зеленого - 27⁰

синего - 33⁰

фиолетового - 51⁰.

Для данной длины волны угол a поворота плоскости поляризации пропорционален пути l, пройденному светом в оптически активном веществе: j = a l (закон Био), где a– коэффициент пропорциональности или постоянная вращения, ее принято выражать в угловых градусах на миллиметр.

Аналогичный эффект вращения плоскости поляризации будет наблюдаться, если между поляризатором и анализатором поместить кювету с оптически активным веществом. В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути света в растворе l и концентрации активного вещества с:

j =[a ] c l (2)

где [ a ] - величина, называемая удельным вращением. Удельное вращение – это увеличенный в 100 раз угол вращения для столба раствора длиной в 1 дм (10 см) при концентрации вещества 1 г на 100 мл раствора, при температуре 20°С и при длине волны l=589 нм. Это закон Био. Угол вращения j приблизительно обратно пропорционален квадрату длины волны l:

,

где а - постоянная, зависящая от природы вещества.

Вращение плоскости поляризации растворами обусловлено взаимодействием электромагнитной волны с ассиметричными молекулами растворенного оптически активного вещества. Такие молекулы не обладают зеркальной симметрией и по-разному вращают плоскость поляризации. В зависимости от направления вращения плоскости поляризации оптически активные вещества подразделяются на право- и левовращающие. Если смотреть навстречу лучу, то в правовращающих веществах плоскость поляризации будет поворачиваться по часовой стрелке, в левовращающих - против часовой стрелки. Например, кварцы - левовращающие и правовращающие. При синтезе химическими методами получают смесь, содержащую равное количество «правых» и «левых» молекул. Такая смесь называемая рацемической, не вращает плоскость поляризации.