Описание экспериментальной установки. В данной лабораторной работе применяется поляриметр круговой СМ-2, который служит для определения концентрации сахара в растворе и является

В данной лабораторной работе применяется поляриметр круговой СМ-2, который служит для определения концентрации сахара в растворе и является контрольно-измерительным прибором, широко применимым в различных областях науки и техники.

Поляриметрия (метод физико-химических исследований, основанных на измерении вращения плоскости поляризации) является основным методом контроля в сахарной промышленности; она также применяется для анализа эфирных масел, алкалоидов, антибиотиков. Важнейшим методом изучения строения вещества является спектрополяриметрия, основанная на зависимости между длиной волны и вращением плоскости поляризации света. Что касается поляриметра СМ-2, то он используется, в частности, в медицине для определения процентного содержания сахара в крови.

На рис. 4 представлена принципиальная оптическая схема поляриметра. Свет от источника 1 (лампы ДНАС 18-04.2), пройдя через светофильтр 2, конденсор 3 и поляризатор 4, одной частью пучка проходит через хроматическую фазовую пластину 5, кювету 6 с исследуемым раствором оптически активного вещества и анализатор 7, а другой частью пучка только через кювету 6 и анализатор 7 с отсчётным устройством (зрительная труба 8 и две лупы 9). Поляризатор 4 и анализатор 7 являются призмами Николя. В поляриметре измерение сводится к визуальному уравниванию яркостей двух половин поля зрения прибора и последующему считыванию показаний по шкале вращения, снабжённой нониусом. Поле зрения зрительной трубы 8 разделено на два полукруга разной яркости (рис. 5).

На рис. 5 и - плоскости поляризации двух лучей света, один из которых прошёл только через поляризатор 4, а другой - через поляризатор 4 и хроматическую фазовую пластинку 5, причём угол между плоскостями и мал. Если плоскость пропускания анализатора перпендикулярна биссектрисе угла , то обе половины поля зрения имеют одинаковую полутеневую освещённость (рис. 5 а). При малейшем повороте анализатора (плоскости ) относительная освещённость поля зрения резко меняется (рис. 5 б и в). Если между анализатором и поляризатором ввести кювету с оптически активным раствором, то равенство яркостей полей нарушается, и оно может быть восстановлено поворотом анализатора на угол, равный углу поворота плоскости поляризации исследуемым раствором.

Визуальная регистрация обладает достаточно высокой чувствительностью (0,04 град.), что позволяет широко применять (полутеневые) поляриметры для решения многих практических задач*.

На рис. 6 представлен внешний вид поляриметра кругового
СМ-2, составными частями которого являются головка анализатора с поляризатором I и корпус II, закреплённый на основании прибора. Головка анализатора с поляризатором являются измерительной частью поляриметра и состоят из поляризационного устройства, головки поляризатора 1, наблюдательной трубки 2 и наглазника 3. Наблюдательная трубка включает в себя объектив, диафрагму и окуляр. Вращением втулки 2 устанавливают окуляр на резкость изображения линии раздела полей сравнения. В наглазнике 3 жестко закреплены две лупы 4, позволяющие снимать отсчёт со шкалы лимба и отсчётного устройства. На лимбе нанесена 360-градусная шкала с ценой деления 0,5º, оцифрованная в направлении против движения часовой стрелки. Вращение лимба осуществляется ручкой 5. Шкалы двух отсчётных устройств, расположенных диаметрально, имеют по 25 делений каждая. Цена одного деления отсчётного устройства составляет 0,02º. В верхней части корпуса имеется кюветное отделение, которое закрывается крышкой 6. Основание прибора состоит из осветителя (лампы ДНАС 18-04.2), дросселя, предохранителя и вилки включения прибора в сеть. Натриевую лампу включают тумблером 7.

При проведении измерений поворотом втулки 2 наблюдатель устанавливает окуляр на резкое изображение (для своего глаза) линии раздела полей сравнения. Далее, вращением ручки 5 наблюдатель поворачивает (плавно и медленно) анализатор и добивается равенства яркостей полей сравнения. После этого производится отсчёт угла q.

На рис.7 это полуцелое число равно 8,5º. Сотые доли градусов определяют с помощью левого и правого отчётных устройств (ЛиП, рис.6), имеющих 25 делений (цена каждого деления равна 0,02º). Оцифровка отсчётного устройства: "10" соответствует 0,10º; "20" соответствует 0,20º и т.д. Отсчёт проводят по тому делению отсчётного устройства, которое точно совпадает с каким-либо делением основной шкалы лимба. На рис.7 отсчёт по левому отсчётному устройству соответствует 0,16º. Проводят отсчёт сотых долей градуса по левому, а затем по правому отсчётному устройству и определяют среднюю арифметическую величину сотых долей градуса по двум устройствам; и эту величину добавляют к целому числу градусов. Например, величина угла q, соответствующего рис. 7, равна 8,50+0,16°= 8,66°.

Один и тот же угол q наблюдают 5 раз и получают результаты наблюдений: , , … . За результат измерений принимают среднее арифметическое значение

. (8)

Для любой вероятности можно указать такой доверительный интервал , что искомая величина лежит внутри его с вероятностью . Полуширина доверительного интервала определяется формулой:

, (9)

где - коэффициент Стьюдента, величина которого зависит от вероятности и числа наблюдений (см. приложение).