10.03.23. Будова, принцип дії і техніка вимірювання за допомогою поляриметра.

 

Призначення, будова та принцип роботи поляриметра.

Поляриметр призначений для визначення концентрації оптично активних розчинів (наприклад, цукру) та їх оптичної активності – права, ліва.

Поляриметр складається з механічної, оптичної та освітлювальної частин. Механічна частина включає: головку аналізатора, з’єднувальну трубку, штатив, кювету для розчинів, оправу для окуляра, кільце обертання аналізатора. Оптична частина включає: поляризатор, кварцову пластинку, аналізатор, об’єктив, окуляр, шестикратну лупу для розглядання шкали ноніуса. Освітлювальна частина: освітлювальне дзеркало, помаранчевий світлофільтр. Кювета для досліджувальної рідини складається з керамічної трубки, ковпачків, резинових прокладок та захисних скелець.

Кварцова пластинка має прямокутну форму і перекриває середню частину поля зору. Таким чином поле зору розділяється на три частини. Наявність рожевого світлофільтру в пристрої забарвлює в поле зору жовто-рожевий колір.

Кварцова пластинка повертає площину коливань світлової хвилі, що пройшла через поляризатор на деякий кут , який залишається постійним. Тому між оптичною віссю поляризатора та віссю кварцової пластинки завжди є кут.

1. Якщо аналізатор повернути так, що його оптична вісь буде складати з віссю поляризатора кут 90⁰, то края поля зору будуть затемнені ( ніколі – схрещені), а середня частина – освітлена внаслідок того, що оптичні вісі кварцу та аналізатора знаходяться під кутом більшим чи меншим від кута 90⁰ (мал. 23).

α

мал.23

П – оптична вісь поляризатора;

К – оптична вісь кварцової пластинки;

А – оптична вісь аналізатора.

2. Якщо аналізатор повернути так, що його вісь виявиться розташованою перпендикулярною до вісі кварцової пластинки, то буде затемнена середня частина поля, а бічні частини освітлені (мал.24).

Мал. 24

3. Якщо аналізатор повернути так, щоб його вісь складала однаковий кут між віссю кварцової пластинки (тобто перпендикулярно бісектрисі кута), то усі три частини поля зору будуть мати однакову освітленість (мал.25). Такого стану поля зору добиваються при визначенні нульової точки приладу, а також при дослідженні розчинів.

.

А

Мал.25

Алгоритм виконання роботи.

Підготовка приладу до роботи.

1. Повертанням дзеркала встановити максимальне освітлення поля зору поляриметра без кювети.

2. Вставити порожню чисту кювету в трубку.

3. Обертанням окуляра аналізатора та відлікової лупи добитися відповідно чіткого зображення у поля зору та шкали аналізатора.

4. Обертаючи аналізатор, добитися рівномірного освітлення частини поля зору.

5. Зняти нульовий відлік  за шкалою ноніуса. Для цього необхідно, по-перше відмітити на скільки повних градусів нульова лінія нижньої шкали відхилена праворуч чи ліворуч від нульової лінії верхньої шкали. Центральне положення нульової точки ноніуса, а також центральне значення “0” на шкалі градусів пояснюється існуванням лівообертаючих та правообертаючих оптично активних речовин. Потім треба знайти , яка за рахунком риска нижньої шкали (ноніуса) праворуч чи ліворуч від нульової риски, співпала з однією з рисок верхньої шкали. Отримане число показує десяті долі градусів, які потрібно додати до раніше знайденого числа цілих градусів. Наприклад, на мал. 26 число цілих градусів праворуч від верхнього “0” дорівнює 2⁰ ,а число десятих долею градуса 0,7 ; загальне число градусів дорівнює  = 2,7⁰.

Мал.26

Завдання № 1. Визначення концентрації цукру в розчині.

1. Вийняти кювету з трубки, заповнити розчином, що досліджується.

2. Покривне скло накласти з боків на торець кювети так, щоб у заповненій трубці не було повітряних бульбашок.

3. Вставити заповнену кювету в трубку поляриметра та знову провести встановлення окуляра на чітке зображення поля зору.

4. Поворотом аналізатора знову добитися рівномірного освітлення трьох частин поля зору.

5. При наявності в розчині (сечі) цукру рівномірність освітлення поля зору порушується, тому необхідно повернути аналізатор для його встановлення. Різниця між другим та першим відліком n – визначає величину кута повороту площини поляризації, що викликано наявністю цукру.

Провести відлік за шкалою ноніуса та знайти різницю n –=  .

6. Зробіть висновок про оптичну активність розчину

7. Знаючи кут повороту площини поляризації світла, довжину кювети, питоме обертання, визначити концентрацію цукру.

.

Завдання 2. Визначити концентрацію цукру у розчині.

1. Виміряйте кут повороту площини поляризації для 5-7 розчинів цукру різної концентрації.

2. Виміряйте кут повороту площини поляризації для розчину з концентрацію Х.

3. Побудуйте графік залежності між кутом повороту площини поляризації та концентрацією

цукру в розчині.

4. За допомогою графіку визначне концентрацію розчину Х.

5. Проаналізуйте отримані результати і зробіть висновки.

Завдання для самопідготовки і самоконтролю.

1. Яке світло називають звичайним та поляризованим ?

2. Способи отримання поляризованого світла.

3. У чому полягає явище подвійного світлозаломлення ?

4. Призма Николя, устрій та хід променів в ній.

5. Сформулюйте закон Малюса.

 10.03.23. Тема уроку: Поверхневий апарат клітини, клітинні мембрани.

Поверхневий апарат клітини захищає внутрішній вміст від несприятливих впливів довкілля і забезпечує обмін речовин між клітиною і навколишнім середовищем.

 

 

 

Надмембранний комплекс у бактерій — це клітинна стінка з муреїну, у рослин — клітинна стінка з целюлози, а у тварин — представлений глікокаліксом.

Плазматична мембрана (плазмалема) забезпечує зв'язок клітин між собою, вибірково пропускаючи всередину клітини необхідні речовини і виводячи з клітини продукти обміну.

 

До складу плазматичних мембран входять білки, вуглеводи і ліпіди.

 

У 1972 році Сеймуром Джонатаном Сінгером та Гартом Ніколсоном була запропонована рідинно-мозаїчна модель мембрани:

 

 

Будова мембран є однаковою у всіх клітин. Основу мембрани становить подвійний шар молекул ліпідів, у якому розташовані численні молекули білків. Деякі білки знаходяться на поверхні ліпідного шару, інші — пронизують обидва шари ліпідів наскрізь.

 

Підмембранний комплекс — мікронитки і мікротрубочки утворюють цитоскелет клітини.

 

Мікротрубочки — циліндричні структури, діаметром 10 — 25 нм, які беруть участь у формуванні веретена поділу еукаріотичних клітин, у внутрішньоклітинному транспорті речовин, входячи до складу війок і джгутиків.

 

Мікронитки — тонкі, діаметром 4 — 7 нм, ниткоподібні структури, які складаються із скоротливих білків. Вони пронизують цитоплазму і беруть участь у зміні форми клітини.

Завдання: Зробити конспект, виписати терміни та поняття. Переглянути відео.

 10.03.23. Тема уроку: Загальний план будови клітини.

«Ми всі складаємося з клітин» — сказав якось (у 1665 році) Роберт Гук, і мав рацію. Однак з чого складаються клітини? Які функції виконують їх елементи? Бери ручку й занотовуй 

 

Клітини мають схожу структуру. Для кращих асоціацій уяви, що клітина – це хата 

Клітинна мембрана

Паркан або двері. Мембрана пропускає тільки ті речовини, які необхідні для життєдіяльності клітини.

Цитоплазма

Простір всередині будинку – цитоплазма. Вона складається із в’язкої рідини, що за хімічним складом подібна до морської води.

Органели

Органели – це кімнати, головною серед яких (вітальнею) є ядро. Ядро відкрили в першій половині ХІХ ст. дослідники Ян Пуркіньє та Роберт Броун.

У ядрі зберігається ДНК та відбувається транскрипція РНК.

Згадаємо тепер чим тваринна клітина відрізняється від рослинної?

Тваринна клітина

Назва органели	Функції
Лізосоми	розщеплюють білки, жири, вуглеводи  причетні до перетравлення речовин
Ендоплазматична сітка	займається транспортуванням та згортанням нових білків  синтезує ліпіди
Центріоль (мікротрубочки)	необхідний для процесу клітинного поділу бере участь у рухові клітини
Рибосоми	біосинтез білка
Мітохондрії	виробництво енергії синтез АТФ
Апарат Гольджі	сортування й перетворення білків утворення лізосом

Рослинна клітина

Назва органели	Функції
Вакуоля	запас речовин секреція та екскреція підтримання форми клітини
Хлоропласт (пластиди)	фотосинтез

Завдання: Виписати терміни та поняття, переглянути відео.

 

Оптично активні речовини

При проходженні плоскополяризованого світла крізь деякі речовини виявляється, що площина, в якій коливається вектор  (площина поляризації) поступово повертається на деякій кут навколо напрямку променя (рис. 6.14).

Рис. 6.14

Такі речовини отримали назву оптично активних. До них відносяться деякі тверді речовини (наприклад кварц), а також рідини (наприклад скипидар, розчин цукру).

Напрямок обертання площини поляризації прийнято визначати для спостерігача, який дивиться назустріч світловому променю. Якщо площина поляризації обертається за годинниковою стрілкою, то речовину називають правообертаючою, в протилежному випадку - лівообертаючою.

Оптична активність обумовлена асиметрією молекул (для твердих тіл). Внаслідок досить складної взаємодії поляризованого світла і оптично активної речовини відбувається обертання векторів на деякий кут .

В оптично активних кристалах кут обертання пропорційний шляху  , який проходить промінь у кристалі:  . В розчинах кут пропорційний також шляху і концентрації  речовини:

 .

Коефіцієнт пропорційності називають питомою постійною обертання, або просто питомим обертанням.

Питоме обертання залежить від природи речовини, температури і зворотньо пропорційне довжині світла.

Оскільки кут обертання площини поляризації пропорційний концентрації С, то можна визначити концентрацію, якщо виміряти кут .

Оптична активність використовується також при визначенні просторової структури великих молекул (наприклад білків) або її зміни в різних умовах.

Скло і пластмаса набувають оптичну активність у деформованому стані. Обертання площини поляризації максимальне у місцях з найбільшою напруженістю. Моделі кісток, або деталей машин, які вироблені з прозорих матеріалів, можна використовувати для візуального спостереження точок найбільшої напруженості.

Для дослідження явищ, пов’язаних з поляризацією розроблені спеціальні прилади, які називаються поляриметрами.

Поляриметри, які призначені для визначення концентрації цукру у розчинах називають сахариметрами.

Завдання роботи

1. Вивчити будову і оптичну схему сахариметра СУ-4. 2. Визначити питоме обертання. 3. Навчитись вимірювати концентрацію оптично-активних розчинів.

Виконання роботи

Прилади і матеріали: сахариметр, розчин з цукром, дистильована вода, фільтрувальний папір, серветки.

Теорія методу і опис установки

Для визначення концентрації цукру в розчинах використовується технічний прилад - сахариметр універсальний СУ-4. Зовнішній вигляд показано на рис. 6.15.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Рис. 6.15.

Сахариметр складається з вимірювальної головки 2, освітлювального вузла 9, які з'єднані між собою траверсою 6. Траверса кріпиться за допомогою стойки 17 до основи 18. На траверсі закріплено кюветне відділення 5 для поляриметричних кювет (зовнішній вигляд кювет показаний на рис.6.16), оправа 7 з поляризатором і напівтіньовою пластиною. З лицьового боку вимірювальної головки розташовані лупа 1 для відліку показів і зорова труба 20. В нижній частині вимірювальної головки розташована рукоятка 19 клинового компенсатора, за допомогою якої переміщують рухомий кварцовий клин і з’єднану з ним шкалу. Оптична схема приладу зображена на рис. 6.17.

Рис.6.16

Рис.6.17

Світло від джерела 16 (лампи розжарювання) крізь матове скло 1, світлофільтр 2 і конденсорну систему 3 поступає на вхід поляризатора 4 (призма Ніколя) у вигляді паралельного пучка.

Поляризатор виконаний таким чином, що на його виході світло розділяється на два плоскополяризованих променя (рис. 6.18) лівий (світловий вектор  ) і правий (світловий вектор ). Площини поляризації променів  і  утворюють між собою малий кут порядку 6°-7°.

Після поляризатора (див. рис.6.17) світло проходить крізь кювету з досліджуваним розчином цукру 5, потім через діафрагму 6, клиновидний кварцовий компенсатор 7, аналізатор (також призма Ніколя) 8, систему лінз 9, які складають зорову трубу і вихідну діафрагму 10, через яку ведеться візуальне спостереження.

Для вимірювання кута обертання площини поляризації використовується оптична схема (верхня частина рис. 6.17.), яка складається з обертальної призми 11, шкали 12, ноніуса 13, лупи 14 і вихідної діафрагми 15. При спостереженні через діафрагму 10 видно два поля порівняння, які розділені чіткою межею (на рис. 6.17. таку картину бачить нижній спостерігач).

Фізичну сутність явищ що спостерігаються можна з'ясувати за допомогою рис.6.18 і 6.19. Вихідний (нульовий) стан приладу відповідає однаковій освітленості полів зору (рис. 6.18.). Такий стан відповідає початковій настройці пристрою, коли кювета з досліджуваним розчином відсутня. Аналізатор пропускає світлові потоки, які пропорційні проекціям векторів  і  , на дозволений напрям аналізатора (напрям вісі X).

Очевидно, що  і тому ліва і права половини полів зору в зоровій трубі відрізнятись не будуть

09.03.23. Узагальнення знань по темі.