Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
действительное ги такие два циркулярно-поляризованных луча и были
получены Френелем.
Механизм кругового двулучепреломления. Теория Френеля, в основу которой
положено круговое двулучепреломление, объяснила вращение плоскости
поляризации в оптически активной среде. Однако в этой теории ничего не
сказано о механизме, лежащем в основе кругового двулучепреломления.
Круговое двулучепреломление можно объяснить, если исходить из
протяженности самой молекулы среды, т. е. если не пренебрегать эффектами,
зависящими от отношения r/к, где г- размер молекулы, а к- длина волны.
При учете протяженности молекул среды электромагнитное поле световой
волны, воздействующее на нее, нельзя считать однородным и необходимо
учитывать изменение фазы волны в пределах одной молекулы.
Отношение r/к в оптическом диапазоне составляет примерно 10~3.
Возможность экспериментального определения чрезвычайно малых Ап = п,- ппр
(Ап ^ 10~9) дает полное основание принять во внимание эффекты, связанные
с учетом отношения r/k ^ 10~J.
Оптическая активность среды проявляется двояким образом: в круговом
двулучепреломлении, т. е. в разной скорости распространения света в
веществе, поляризованного по кругу вправо и влево, и в круговом
дихроизме, т. е. в разных коэффициентах поглощения для света правой и
левой круговой поляризации. Оба явления отражают один и тот же физический
процесс взаимодействия световой волны с веществом, поэтому, естественно,
зная одну из величии, можно найти другую, На практике часто необходимо
измерять оба
298
эти явления, так как, заключая в себе одну и ту же информацию, каждое из
них имеет свои преимущества и недостатки и они взаимно дополняют друг
друга. Так, например, данные по круговому дихроизму легче
интерпретировать теоретически и с их помощью легче выделить вклады от
отдельных полос поглощения, так как круговой дихроизм имеет заметную
величину лишь в полосе поглощения вещества.
В свою очередь, измерение кругового двулучепреломления имеет то
преимущество, что позволяет исследовать оптическую активность веществ, не
имеющих полос поглощения в доступной для эксперимента области спектра.
Мерой оптической активности являются величины (п, - пар) для кругового
двулучепреломления и (а, - апр) для кругового поглощения. Эги разности
очень малы по сравнению с абсолютными
средними значениями показателя преломления яср = 2 (я, + япр)
и коэффициента поглощения аср = 2 (а, + апр). В действительности
("., - япр) ~ 10~8ч-10~10, а (а"- апр) ~ 10~2-:-10 4, т. е. оптическая
активность представляет собой очень маленькую разность двух величин.
Отсюда видно, насколько более высоким требованиям должны отвечать приборы
для изучения оптической активности по сравнению с приборами для измерения
обычного показателя преломления и поглощения.
Имеющиеся в настоящее время лучшие рефрактометрические методы позволяют
измерять изменение показателя преломления порядка КГ8. Следовательно, их
чувствительность недостаточна для измерения кругового двулучепреломления
по разности показателей преломления для света, поляризованного по кругу
вправо и влево. Поэтому для измерения оптической активности веществ
применяют другую методику и аппаратуру - спектрополяриметр для измерения
величины угла вращения плоскости поляризации и дихрограф в виде приставки
к спектрополяриметру или самостоятельного прибора для измерения кругового
дихроизма.
Если различие в скорости распространения лучей, поляризованных по кругу
влезо и вправо, приводит к вращению плоскости поляризации, то раздайте
коэффициентов поглощения этих же лучей приводит к эллиптической
поляризации. Это связано с тем, что поляризованные по кругу компоненты с
амплитудами Ел = EJ2 и Еп? - = Е/02 при прохождении слоя вещества
поглощаются по-разному, в результате чего их амплитуды при выходе из
вещества становятся неодинаковыми. Сложение двух круговых колебаний
разных амплитуд дает эллипгически-поляризованный свет, причем направление
вращения по эллипсу будет совпадать с направлением вращения
поляризованной по кругу компоненты, которая поглощается в меньшей
степени. Круговой дихроизм характеризуется эллиптичностью, т. е.
отношением полуосей эллипса. Тот факт, что эллиптичность не зависит от
различия скоростей распространения левой и правой волн, а угол поворота
плоскости поляризации - от вели-
299
чины кругового дихроизма, позволяет изучить каждое из этих явлений в
отдельности даже при их одновременном проявлении.
Современные спектрополяриметры имеют чувствительность порядка 0,001°,
точность 0,002° и работают в области длин волн от 1850 до 7000 А.
Классическая молекулярная теория оптической активности впервые была
разработана М. Борном (1915 г.). Согласно теории Борна, оптическую
активность можно объяснить, если предположить, что:
1) фаза световой волны в разных точках молекулы различна;
2) электроны молекулы взаимодействуют между собой;
3) молекула не имеет центра и плоскости симметрии *.
