Устройство и принцип работы сахариметра СУ-4

Рис. 6. Сахариметр универсальный СУ-4:

1 – лупа; 2 – измерительная головка; 3 – механизм установки нониуса; 4 – ключ; 5 – кюветное отделение; 6 – траверса; 7 – оправа поляризатора; 8 – поворотная обойма; 9 – осветительный узел; 10 – регулировочный винт; 11 – винт заземления; 12 – вилка разъема; 13 – вставка плавкая; 14 – крышка; 15 – кнопка; 16 – ручка резистора; 17 – стойка; 18 – основание; 19 – рукоятка клинового компенсатора; 20 – зрительная труба.

На основании установлены кнопки 15 для включения осветителя и ручка 16 резистора для регулирования яркости поля зрения. На основании смонтирован понижающий трансформатор. На тыльной стороне основания находится винт 11 заземления, вилка 12 разъема для подключения осветителя сахариметра к трансформатору и вставка плавкая 13.

Принцип работы сахариметра основан на способности сахарных растворов вращать плоскость поляризации проходящего через них поляризованного луча света. Угол вращения плоскости поляризации луча света раствором в объеме определенной толщины пропорционален концентрации раствора:

, (2)

где – угол поворота плоскости поляризованного луча света;

– толщина слоя раствора сахара;

– концентрация раствора сахара в дистиллированной воде;

– постоянная сахариметра.

На этой зависимости и основана работа сахариметра – визуального оптико-механического прибора.

Световой поток, идущий от источника света через светофильтр 2 или диафрагму 3, конденсор 4 и 5,проходит через поляризатор 6, который преобразует его в поляризованный поток света (рис. 7). Затем поток света проходит через полутеневую пластину 7, разделяющую его на две половины линией раздела. Анализатор пропускает равные по яркости обе половины светового потока и в поле зрения зрительной трубы, состоящей из объектива 13 и окуляра 14, установленного после анализатора, наблюдаются две одинаковой яркости половины поля, разделенные тонкой линией и называемые полями сравнения.

Рис. 7. Схема оптическая:

1 – источник света; 2 – светофильтр; 3 – диафрагма; 4, 5 – конденсор; 6 – поляризатор; 7 – полутеневая пластина; 8, 9 – защитное стекло; 10 – подвижный кварцевый клин; 11 – неподвижный контрклин; 12 – анализатор; 13 – объектив; 14 – окуляр; 15 – отражательная призма; 16 – светофильтр; 17 – шкала; 18 – нониус; 19 – лупа.

При установке кюветы с раствором между поляризатором и анализатором нарушается равенство яркостей полей сравнения, так как исследуемый раствор поворачивает плоскость поляризации на угол, пропорциональный концентрации раствора.

Для уравнивания яркостей полей сравнения в сахариметре применен клиновый компенсатор, состоящий из подвижного кварцевого клина 10 левого вращения и неподвижного контрклина 11 правого вращения. Перемещением подвижного клина относительно контрклина устанавливают такую суммарную толщину клиньев по оптической оси, при которой компенсируется угол поворота плоскости поляризации раствора. При этом происходит уравнивание яркостей полей сравнения. Одновременно с подвижным клином перемещается шкала 17.

По нулевому делению нониуса 18 фиксируют значение шкалы, соответствующее состоянию одинаковой яркости полей сравнения. Шкала и нониус наблюдаются через лупу 19 и освещаются лампой через отражательную призму 15 и светофильтр 16.

Итак, для определения концентрации раствора сахара достаточно измерить угол вращения плоскости колебаний поляризованного луча света, проходящего через слой раствора определенной толщины . При этом необходимо вычислить значение постоянной прибора.

Устройство и принцип работы поляризационного микроскопа

Описание прибора.Поляризационный микроскоп состоит из штатива а (рис. 8) с тубусом б, в котором помещаются верхний николь-анализатор в и линза г, применяемая для изучения явлений поляризации в сходящемся световом пучке (линза Бертрана). Анализатор и линза г могут выдвигаться из прорезей тубуса. В тубусе имеется также и третья прорезь д, служащая для введения компенсаторов e в оптическую систему микроскопа. Тубус можно поднимать и опускать при помощи винта ж и микрометрического винта з. Перемещение последнего отсчитывается по делениям, нанесенным на головке винта. Обычно одно деление соответствует перемещению тубуса на 0,002—0,003мм. Для удобства штатив можно ставить в любое наклонное положение, закрепляя его соответствующим винтом.

Объектив зажимается в пружинные щипцы, захватывающие своей вилкой шпенек на кольце объектива. В этом же кольце имеется приспособление для центрировки объектива.

Объектив считается центрированным, если пересечение креста окуляра совпадает с осью вращения предметного столика u, на котором помещается исследуемый объект.

Столик может вращаться вокруг своей оси, причем угол поворота отсчитывается по лимбу на краю столика: достаточная точность отсчета 1°. Сбоку находится винт, позволяющий закреплять предметный столик неподвижно. На столике находятся лапки Л, служащие для закрепления объекта на столике.

Осветительная система, находящаяся под столиком, состоит из зеркальца (плоского и вогнутого) М, поляризатора Н с осветительной линзой и диафрагмой О и конденсора П, который применяется для получения сходящегося пучка света. Включение и выключение конденсора производятся при помощи рычажка, не показанного на рис. 8. Дополнительныйконденсор, прилагаемый к микроскопу (апертура 0,5—1,3), применяется с объективами, дающими большие увеличения. Винт С служит для закрепления поляризатора в требуемом положении для наблюдений в скрещенных и параллельных николях. Вся осветительная система опускается при помощи бокового винта р и этим же винтом может быть отведена в сторону.

Установка микроскопа. Для освещения исследуемого объекта в большинстве случаев применяется специальный осветитель или сильная электрическая лампа с матовым стеклом для получения рассеянного света. Объектив с увеличением помещается в щипцы тубуса. Анализатор и линза г выдвигаются из тубуса. Не вставляя окуляр, смотрят в тубус микроскопа и, перемещая зеркальце, добиваются наилучшего освещения поля зрения. При этом диафрагма в осветительной системе должна быть открыта полностью. Затем в тубус вставляют окуляр, снабженный крестом, вводят анализатор, отпускают винт С и вращают поляризатор до rex пор, пока поле зрения не будет максимально затемнено. Максимальное затемнение поля зрения указывает на скрещенное положение николей.

Затем следует определить направление световых колебаний пропускаемых поляризатором. Для этого вынимают анализатор, отвинтив винт, закрепляющий его в тубусе микроскопа. Приложив анализатор к глазу, наблюдают отражение света от какой-либо блестящей поверхности (например, ящика микроскопа). Поворачивая николь, отмечают разницу в интенсивности проходящего света. Зная направление колебаний отраженного света, определяют, таким образом, направление колебаний, пропускаемых анализатором, а следовательно, и поляризатором, так как положение скрещенности николей уже проверено.

Для того чтобы во время работы всегда знать направление световых колебаний, пропускаемых николями, проверяют совпадение креста окуляра с направлением световых колебаний, пропускаемых поляризатором и анализатором. Расположение креста проверяется по кристаллу черной слюды (биотита) в шлифе. В слюде хорошо видны трещины спайности — направления, по которым кристалл слюды легко раскалывается на тончайшие листочки. Выдвинув анализатор, поворачивают предметный столик так, чтобы трещины спайности были параллельны одной из ветвей креста окуляра. Затем вдвигают анализатор. При этом должно наступать полное затемнение кристалла, так как плоскость спайности биотита совпадает с одним из главных сечений эллипсоида показателей преломления. Если полное затемнение не достигается, то это означает, что крест нитей окуляра не совпадает с направлением световых колебаний, пропускаемых николями. Подобный дефект в микроскопе является весьма существенным, и его исправление следует поручить специалисту-оптику.

Центрировка объектива. Если объектив не центрирован, то все точки объекта при вращении предметного столика описывают окружности, центр которых не совпадает с крестом в поле зрения окуляра. Задачей центрировки является совмещение центра вращения поля зрения с центром креста окуляра. Быстро вращая столик в обе стороны, отмечают на глаз его центр вращения, затем, действуя перпендикулярными друг к другу центрировочными винтами, находящимися в оправе объектива, стараются совместить центр вращения поля зрения с центром креста: Повторяя последовательно эти действия несколько раз, уточняют центрировку и таким образом совмещают ось объектива с осью вращения столика.

Подготовка образца. В качестве исследуемых объектов можно приготовить препараты растворимых солей различных веществ. Приготовляются препараты следующим образом. На чистом покровном стеклышке делается валик из парафина так, чтобы образовалось подобие коробочки, дном которой служит покровное стекло, а стенками — парафиновый валик. В эту «коробочку» наливается несколько капель насыщенного водного раствора исследуемого вещества. Через некоторое время вода испарится, и на стекле образуются кристаллы. Стекло с кристаллами накрывается вторым таким же стеклом, окантовывается — и препарат готов.

В качестве растворимых веществ, кристаллы которых дают в полярископе прекрасные результаты, можно рекомендовать борную кислоту, виннокаменную кислоту, медный, железный и цинковый купорос, сахар, квасцы, двухромокислый калий, поташ, соду и другие легко кристаллизующиеся вещества.

Применение поляризационного микроскопа. Поляризационный микроскоп может быть применим как для наблюдения различных процессов в поляризационном света (например, кристаллы и их рост), так и для измерения показателей преломления порошков, определения толщены кварцевых пластинок и величины двойного преломления кристаллов. Поляризационные микроскопы позволяют также, изучая тончайшие срезы минералов (шлифы), выяснить структуру вещества.