Поляриметр - дихрограф

 

Изобретение относится к области оптических исследований и может быть использовано в лабораторной практике при измерениях вращения плоскости поляризации и кругового дихроизма оптически активных объектов. Целью изобретения является обеспечение возможности одновременной непрерывной регистрации как оптического вращения, так и кругового дихроизма одного и того же образца. Луч света от источника 1 пропускают через монохроматор 2 и поляризатор 3. Далее луч света проходит через ячейку Покельса 4, которая вносит в эти колебания разность фаз. Луч, выходящий из ячейки Покельса 4 и попадающий на исследуемый образец 5, представляет собой сумму двух циркулярно поляризованных лучей, отношения амплитуд которых зависят от внесенного ячейкой Покельса 4 сдвига фаз. Сигнал с выхода усилителя 9 подают на синхронные детекторы 10 и 11, причем на выходе детектора 10 он пропорционален величине кругового дихроизма и не зависит от угла )Г , а на выходе детектора 11 пропорционален углу поворота плоскости поляризации J и не зависит от л . Данные по круговому дихроизму и оптическому вращению дополняют друг друга и только совместно дают достаточную информацию об опти- j ческих свойствах излучаемых объектов. 1 ил. i (Л О5 СО со О5 оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

363 А1 (19). (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП РЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 1890294/31-25 (22) 05.03.73 (46) 30 ° 03.89. Бюл. )) 12 (71) Институт физики АН ГССР (72) Е.Л. Киэирия, Е.А. Дандуришвили и Г..Г. Симонян (53) 535.568.1(088.8) (56) Дисперсия оптического вращения и круговой дихроиэм в органической химии. Под ред. Г. Снатцке. М.: Мир.1970, с. 94-102.

Велюз Л., Легран М., Грожан М.

Оптический круговой дихроизм. М.:

Мир, 1967, с. 83-91. (54) ПОЛЯРИМЕТР-ДИХРОГРАФ (57) Изобретение относится к области оптических исследований и может быть использовано в.лабораторной практике при измерениях вращения плоскости поляризации и кругового дихроизма оптически активных объектов. Целью изобретения является обеспечение возможности одновременной непрерывной регистрации как оптического вращения, так и кругового дихроизма одного и (51) 4 G 01 J 4/04, G 01 N 21/19 того же образца. Луч света от источника 1 пропускают через монохроматор

2 и поляризатор 3. Далее луч света проходит через ячейку Покельса 4, которая вносит в эти колебания разность фаз. Луч, выходящий из ячейки

Покельса 4 и попадающий на исследуемый образец 5, представляет собой сумму двух циркулярно поляризованных лучей, отношения амплитуд которых зависят от внесенного ячейкой Покельса 4 сдвига фаз. Сигнал с .выхода усилителя 9 подают на синхронные детекторы 10 и 11, причем на выходе де" тектора 10 он пропорционален величине кругового дихроизма аЕ и не зависит от угла ), а на выходе детектора 11 пропорционален углу поворота плоскости поляризации и не зависит от hE, . Данные по круговому дихроизму и оптическому вращению до« полняют друг друга и только совместно дают достаточную информацию об опти .ческих свойствах излучаемых объектов.

1 .ил.

1469363

Изобретение относится к оптическим устройствам, в частности к поляриметрическим приборам, и может найти применение при измерениях вращения плоскости поляризации и кругового дихроизма оптически активных объектов.

Целью изобретения является упрощение конструкции прибора, обеспечение возможности одновременной, независимой и непрерывной регистрации как оптической активности, так и кругового дихроизма одного и того же образца, что особенно важно при исследованиях быстропротекающих процессов.

На чертеже приведена схема поляриметра-дихрографа.

Устройство содержит расположенные последовательно вдоль одной оптической оси источник 1 света, монохроматор 2, поляризатор 3, например призма Франка-Риттера, модулятор 4 состояния поляризации света, представляющий собой, например, ячейку Покельса — пластинку кристаллического дигидрофосфата аммония с прозрачными торцовыми электродами, оптические оси которой расположены под углом .о

45 к оси поляризатора 3, исследуе- О мый образец 5, анализатор 6, например призма Франка-Риттера, ось котоо рого составляют угол 45 с осью поляризатора 3, и приемник 7 света.

Электрическая часть схемы поляриметра-дихрографа состоит из генератора

8 модулирующего синусоидального напряжения, подключенного к ячейке Покельса 4, усилителя 9 постоянного тока с полосой пропускания не менее

40 удвоенной частоты модуляции, вход которого подключен к приемнику 7 света, а выход — к двум синхронным детекторам 10 и 11 ° Синхронный детектор

10 настроен на первую гармонику, а синхронный детектор 11 на вторую гармонику частоты модулирующего напряжения генератора 8. Регистрирующие устройства 12 и 13, например автоматические, самопишущие потенциометры, подключены к выходам синхронных де.текторов 10 и 11 соответственно.

Поляриметр-дихрограф работает следующим образом.

Луч света от источника 1 света проходит через монохроматор 2 и поляризатор

3, которые формируют монохроматическую линейно-поляризованную волну. В к6мплексной плоскости, оси которой перпендикулярны оптической оси устройства, причем действительная ось направлена параллельно оси лро ускания поляризатора 3, вектор напряженности электрического поля световой волны после поляризатора 3 может быть представлен в виде EcosQt, где Е— амплитуда колебаний, Я вЂ” частота света. Разложение этого вектора по осям модулятора 4, повернутым на о

45, приводит к выражению: . и и

E 14 Е 4

Е cosQt = -«- е cosQt + - е

-42 )2

x cosset

Модулятор 4 вносит в эти колебания разность фаз 8

° ll !

cos(Qt

+ 3/2) + — е

Е г е cos(- — F/2)f (2) 4!

«cos (ыс — 6/2) «соя(- + 8/2) +

«ы1

Еее

+ Е„е (3)

I где Ее = Е/-Г2 е " cos («/4 + 5 /2) и E> = Е/-Г2 е " сов(н/4 — 8/2) — амплитуды лево и правоциркулярно-поляризованных волн, соответственно; се,E,» показатели поглощения левон правоциркулярно-поляризованных волн, соответственно.

Если, кроме того, образец обладает оптическим вращением, т.е. плоскость коле" баний вектора Е поворачивается на не« который угол, то после прохождения через анализатор 6, ось пропускания о которого составляет угол 45 с осью пропускания поляризатора 3, электрическое поле равно

E cos (ut — - + ) + Е cos (ос + е 4 т

Таким образом луч, выходящий из ячейки Покельса 4 и попадающий на исследуемый образец 5, представляет собой сумму двух циркулярно-поляризованных лучей, соотношение амплитуд которых зависит от внесенного ячейкой Покельса 4 сдвига фаз и . Если образец обладает круговым дихроизмом, т.е. имеет различные коэффициенты по- . глощения для право- и левоциркулярнополяризованных волн, то после прохождения через образец 5 вектор напряженности электрического поля равен

1469363

+ — — g) = z cos (ut + P) (4)

4 где z = Е2+Е +2Е Е cos2(«/4 -() е е r амплитуда; 5

P — - фаза результирующего колебания, соответственно °

Величина светового потока, падающего на приемник 7 света, пропорциональна квадрату амплитуды z. После элементарных преобразований с учетом (3), (4), введя средний показатель поглощения Е = (f + gÄ)/2 и разность показателей поглощения ЬE.= Ez — f характеризующую круговой дихроизм, выражение для z2 сводится к виду:

E2 Г дЕ/2 (. + ."") + (5)

4 (е — е )sinR + 2 sin2(cos3) ьЕ/2 ье/2

Так как величина кругового дихро. изма д с. редко превышает 0,01, то можнб разложить экспоненты в степенной ряд по дЯ и сохранить только члены первого порядка. Величина 2|, характеризующая поворот плоскости поляризации, обычно составляет доли углового градуса и редко равна нескольким градусам, следовательно, sin 2$ можно заменить на 2). Таким образом, регистрируемый приемником 7 световой поток вызывает соответствующий сигнал на выходе усилителя 9 V, равный

-я

V = S К вЂ” е (2 +ЬЕ sin8 + 4)cost) 35 4 (6) где S — - чувствительность приемника

7 света;

К вЂ” коэффициент усиления усилителя 9; 40

У вЂ” световой поток после полярио затора 3.

Вносимая ячейкой Покельса разность фаэ О прямо пропорциональна приложенному напряжению. Следовательно, 45 при использовании синусоидального модулирующего напряжения F = 8 sin3t выражение (6) принимает вид:

Ч = SK — е 2+ь sin(h sin

Ф -ЕГ

Ч 4

+4(cos (8, sinibt), (7) где д — амплитуда;

ib — частота модуляции.

Второй и третий члены в выражении (7) могут быть разложены в ряд Фурье. в п(6, sinR,t) = 2 $,(5,)sin8,t+

+2 j (8, ) sin3Sî t+ -э (. sink;t) (8 )+2 f (g ) cos2go t+2 j (g ) л

i cos4ibt+..., т.е. второй член содержит только нечетные, а третий член только четные гармоники частоты модуляции 0 и их амплитуды пропорциональны значениям соответствующих функций Бесселя нечетных и четных порядков.

Таким образом, в спектре выходного сигнала присутствуют постоянная сос-г тавляющая, нечетные гармоники частоты модуляции, амплитуда которых пропорциональна величине кругового дихроизма (дE), и четные гармоники, амплитуда которых пропорциональна углу поворота плоскости поляризации (It).

Сигнал с выхода усилителя 9 поступает на синхронные детекторы 10 и 1 1, причем на выходе детектора 10 он пропорционален величине кругового дихроизма Ь Е и не зависит от угла а на выходе детектора 11 — пропорционален углу поворота плоскости поля ризации и не зависит от величины дб.

Таким образом, устройства 12 и 13 независимо и одновременно регистрируют и круговой дихроизм, и оптическое вращение.

Формула изобретения

Поляриметр-дихрограф, содержащий источник света и оптически связанные монохроматор, поляризатор, ячейку

Покельса, соединенную с генератором синусоидальных колебаний, держатель исследуемого образца и приемник света, синхронный детектор, настроенный на основную частоту, модуляции с реги-, стратором, соединенный с фотоприемником через усилитель, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью обеспечения одновременной и независимой регистрации кругового дихроизма и оптического вращения, между держателем исследуемого образца и приемником света введен анализатор, оптическая ось которого составляет угол о

45 с осью поляризатора, а к вьгходу приемника света параллельно подключен дополнительный синхронный детектор с дополнительным регистратором, настроенный на вторую гармонику частоты модуляции.