Praktikum SC Optische Aktivität und Saccharimetrie

Ähnliche Dokumente
Praktikum II PO: Doppelbrechung und eliptisch polatisiertes Licht

Polarisationsapparat

Polarisation und optische Aktivität

Polarisation durch Reflexion

Vorlesung Physik für Pharmazeuten PPh Optik

SC Saccharimetrie. Inhaltsverzeichnis. Konstantin Sering, Moritz Stoll, Marcel Schmittfull. 25. April Einführung 2

Aufgabe 2.1: Wiederholung: komplexer Brechungsindex

Physikalisches Praktikum O 1 Polarisation und optische Aktivität

2. Bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante k der Rohrzuckerinversion in s -1.

Eine solche Anordnung wird auch Fabry-Pérot Interferometer genannt

Molekülsymmetrie und Kristallographie

Versuchsanleitungen zum Praktikum Physikalische Chemie für Anfänger 1. Spezifische Drehung von gelöstem Rohrzucker - Rohrzuckerinversion

Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald / Institut für Physik Physikalisches Grundpraktikum

Pockels-Effekt und optische Aktivität

Versuch O3/O4 - Reflexion polarisierten Lichts / Drehung der Polarisationsebene. Abgabedatum: 24. April 2007

HANDOUT. Vorlesung: Glasanwendungen. Klassische Theorie der Lichtausbreitung

m s km v 713 h Tsunamiwelle Ausbreitungsgeschwindigkeit: g=9,81m/s 2,Gravitationskonstante h=tiefe des Meeresbodens in Meter

Praktikum GI Gitterspektren

AUSWERTUNG: POLARISATION

Spektroskopie. im IR- und UV/VIS-Bereich. Optische Rotationsdispersion (ORD) und Circulardichroismus (CD)

POLARISATION. Von Carla, Pascal & Max

NG Brechzahl von Glas

Polarimetrie - Deutschlands nationales Metrologieinstitut

Versuch P2-11: Polarisation & Doppelbrechung

Physikalisches Praktikum

6.4. Polarisation und Doppelbrechung. Exp. 51: Doppelbrechung am Kalkspat. Dieter Suter Physik B Polarisation

C. Nachbereitungsteil (NACH der Versuchsdurchführung lesen!)

Fresnelsche Formeln und Polarisation

Versuch 412. Spezifische Drehung von Zucker. 1. Aufgaben. 2. Grundlagen

Polarisation des Lichts

Versuch Polarisiertes Licht

IO4. Modul Optik. Polarisation und Saccharimetrie

Fragen zum Versuch 11a Kinetik Rohrzuckerinversion:

OPTIK. Geometrische Optik Wellen Beugung, Interferenz optische Instrumente

Polarisation durch Doppelbrechung

6.2.2 Mikrowellen. M.Brennscheidt

Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung

Polarisation und Doppelbrechung

6. Polarisation. 6.1 Einleitung. Spalt

Physikalisches Praktikum 3. Semester

Versuchsauswertung: Laser-Optik Teil B

Praktikum Physikalische Chemie I 30. Januar Aktivierungsenergie. Guido Petri Anastasiya Knoch PC111/112, Gruppe 11

PO - Doppelbrechung und elliptisch polarisiertes Licht Blockpraktikum Herbst 2005

Übungen zur Experimentalphysik 3

Racematspaltung via Clatrate:

Physikalisches Praktikum 3

Wellenoptik II Polarisation

1.2 Drehung der Polarisationsebene, Faradayeffekt, Doppelbrechung

Optische Aktivität und Spiegelbildisomerie

4. Stereochemie. Das wichtigste Kriterium für Chiralität ist, dass sich Objekt und Spiegelbild nicht zur Deckung bringen lassen.

Fragen zum Versuch Kinetik:

Versuch O3 - Wechselwirkung Licht - Materie. Gruppennummer: lfd. Nummer: Datum:

DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR ZERSTÖRUNGSFREIE PRÜFUNG E.V.

Photonik Technische Nutzung von Licht

α = tan Absorption & Reflexion

Protokoll zum Physikalischen Praktikum Versuch 11 - Refraktometrie

Polarisation und Doppelbrechung

Chiralität in der Natur und synthetisch

V. Optik. V.2 Wellenoptik. Physik für Mediziner 1

Vorlesung 6: Wechselstrom, ElektromagnetischeWellen, Wellenoptik

2015 Jahr des Lichtes Von Strahlen zu Bildern und Intensitäten, von Reflexionen zu Kontrastunschärfen

Wir betrachten hier den Polarisationszustand einer Normalmode

8. Polarisatoren Brewster-Platten-Polarisator

Physik 3 exp. Teil. 30. Optische Reflexion, Brechung und Polarisation

Physikalisches Praktikum II Bachelor Physikalische Technik: Lasertechnik Prof. Dr. H.-Ch. Mertins, MSc. M. Gilbert

12. Vorlesung. I Mechanik

16 Elektromagnetische Wellen

Grundkurs IIIa für Studierende der Physik, Wirtschaftsphysik und Physik Lehramt

Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten der Inversion von Rohrzucker in Abhängigkeit von der Temperatur

WELLEN im VAKUUM. Kapitel 10. B t E = 0 E = B = 0 B. E = 1 c 2 2 E. B = 1 c 2 2 B

Praktikum I BL Brennweite von Linsen

4 Brechung und Totalreflexion

Brewster-Winkel - Winkelabhängigkeit der Reflexion.

2. Optik. 2.1 Elektromagnetische Wellen in Materie Absorption Dispersion. (Giancoli)

3 Brechung und Totalreflexion

PO Doppelbrechung und elliptisch polarisiertes Licht

PL7. Polarisation Version vom 24. Februar 2015

Das Gasinterferometer

Theoretische Grundlagen Physikalisches Praktikum. Versuch 12: Fotometrie und Polarimetrie

Profilkurs Physik ÜA 08 Test D F Ks b) Welche Beugungsobjekte führen zu folgenden Bildern? Mit Begründung!

Praktikum MI Mikroskop

Polarisation und Doppelbrechung Versuchsvorbereitung

IO2. Modul Optik. Refraktion und Reflexion

Astro Stammtisch Peine

PHYSIKALISCHES SCHULVERSUCHSPRAKTIKUM

Laborversuche zur Experimentalfysik II. Versuch II-02: Polarisiertes Licht

1 Beugungsmuster am Gitter. 2 Lautsprecher. 3 Der Rote Punkt am Mond. 4 Phasengitter

HARMONISCHE SCHWINGUNGEN

Vorlesung Messtechnik 2. Hälfte des Semesters Dr. H. Chaves

Polarimetrie. I p I u. teilweise polarisiert. Polarimetrie

Praktikumsbericht. Saccharimetrie & Faraday- Effekt. Physikalisches Anfängerpraktikum 3. Universität Konstanz Fachbereich Physik, WS 2012/2013

Versuch 3.3: Polarisation und Doppelbrechung

Thema 9: Optische Polarisation

Der Faradayeffekt. PP-Gruppe 11 Dezember Christina Ebensperger Wolfgang Landgraf Thomas Meier Markus Ostler Andreas Schreiber Fritz Schwarm

[c] = 1 m s. Erfolgt die Bewegung der Teilchen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle, dann liegt liegt Transversalwelle vor0.

Polarisation des Lichtes

1. Bestimmen Sie die Phasengeschwindigkeit von Ultraschallwellen in Wasser durch Messung der Wellenlänge und Frequenz stehender Wellen.

Bei gekoppelten Pendeln breitet sich die Schwingung von einem zum nächsten aus

Ferienkurs Teil III Elektrodynamik

Transkript:

Praktikum SC Optische Aktivität und Saccharimetrie Hanno Rein, Florian Jessen betreut durch Gunnar Ritt 19. Januar 2004 1 Vorwort In den meiste Fällen setzt man bei verschiedensten Rechnungen stillschweigend voraus, dass die Materialien in allen Richtungen die gleichen Eigenschaften haben. Man stellt jedoch fest, dass bei bestimmten Stoffen nicht die so gewonnenen Vorhersagen eintreten. Beispiele sind Lösungen, die die Polarisationsebene drehen, oder auch Mineralien wie Kalkspat, durch den man alles doppelt sieht. Aber auch andere Materialen zeigen diese Effekte, zum Teil jedoch nur unter bestimmten Bedingungen. Diese Phänomene sollen hier untersucht werden. 2 Physikalische Grundlagen 2.1 Polarisation Wenn man von polarisiertem Licht spricht, meint man in aller Regel die lineare Polarisation. Dabei schwingen die E und B Vektoren in festen Ebenen (E und B sind stets senkrecht zueinander und zur Ausbreitungsrichtung). Überlagert man jedoch zwei Wellen verschiedener Phase, die verschieden linear polarisiert sind, so ergibt sich als resultierende eine Welle, deren E und B Vektoren zwar weiterhin senkrecht zueinander und zur Ausbreitungsrichtung stehen, aber ihre räumliche Orientierung stetig ändern. Haben die ursprünglichen Wellen die gleiche Amplitude, so ergibt sich eine zirkulare Polarisation, im Allgemeinen die elliptische. Es sei hierbei nocheinmal auf die Lissajous schen Figuren verwiesen. 2.2 Doppelbrechung und Nicol sches Prisma Tritt in einem Material die sogenannte Doppelbrechung auf, wenn man diese mit Licht bestrahlt, so liegt die Ursache darin, dass das Licht je nach Polarisationsebene verschiedene Ausbreitungsgeschwindigkeiten hat (optisch anisotrope Medien). Parallel zur Hauptachse läuft jedes Licht mit der Hauptlichtgeschwindigkeit. Licht, dessen E Vektor senkrecht zur Hauptachse läuft ebenfalls mit dieser Geschwindigkeit, Licht anderer Polarisationsebenen mit einer anderen. Der Effekt zeigt sich darin, dass das Licht nicht wie gewohnt an einer Stelle aus den Material wieder austritt, sondern an mehreren. Bekannt ist dieser Effekt besonders beim Kalkspat (CaCO 3 ). Die Erklärung erfolgt wieder über das Huygen sche Prinzip. Die Wellen werden dazu in Komponenten (senkrecht und parallel zur Hauptachse) zerlegt, deren Ausbreitung bekannt ist. Dabei ist zu beachten, dass jetzt nicht mehr grundsätzlich Kugelwellen entstehen, sondern in jeder Richtung die jeweilige Ausbreitungsgeschwindigkeit zu berücksichtigen ist. Allgemein entstehen Rotationsellipsoide. Diese Eigenschaft kann man nutzen, um verschiedene Polarisationen voneinander zu trennen. Um so linear polarisieres Licht zu erhalten, darf nur ein Strahl aus der Anordnung austreten. Dies wird im sogenannten Nicol schen Prisma erzielt. Typischerweise verwendet man hierbei wieder Kalkspat. Der Kristall wird so zersägt, dass einer der Strahlen durch Totalreflexion zur Seite abgelenkt und dort absorbiert wird. Übrig bleibt linear polarisiertes Licht. 1

2.3 Optische Aktivität Unter optischer Aktivität versteht man die Eigenschaft von Materialien die Polatisationsebene zu drehen. Dies tritt auf bei Kristallen, aber auch bei Lösungen von Zucker und vielen anderen Kohlenstoffverbindungen. Der Winkel, um den die Polarisationsebene dabei gedreht wird, ist abhängig von der Strecke, die das Licht in diesem Medium durchläuft und von dessen Wellenlänge ( Rotationsdispersion). Bei Lösungen kommt eine Abhängigkeit von der Konzentration hinzu. Man erhält folgende Abhängigkeit des Drehwinkels α = [α] l q 100 (1) Hierbei ist [α] die spezifische Drehwinkel, l die Länge des Lichtwegs und q die Konzentration der optisch aktiven Substanz in Prozent. Diese Besonderheit kann man ausnutzen, um bei bekanntem Drehwinkel auf die Konzentration zu schließen, ohne eventuelle Begleitstoffe abtrennen zu müssen. Die Ursache für diese Drehung liegt in der Struktur der Mokeküle. Viele Kohlenstoffverbindungen haben eine asymetrische Anordnung der C-Atome. Aus der Tatsache, dass es hierbei im Allgemeinen zwei Isomere gibt, ergeben sich die rechts- bzw. linksdrehenden Moleküle ( Chiralität). 3 Auswertung 3.1 Rotationsdispersion Nach unserer Messung ergeben sich folgende Drehwinkel. Die Winkel sind jeweils die Mittelwerte aus 4 Messungen. Lösung Wellenlänge λ Drehwinkel α D(+) Glucose p = 12.1% λ 1 = 623 nm α 1 = 9.18 D(+) Glucose p = 12.1% λ 2 = 578 nm α 2 = 11.43 D(+) Glucose p = 12.1% λ 3 = 550 nm α 3 = 13.43 D(+) Glucose p = 12.1% λ 4 = 450 nm α 4 = 20.48 D(-) Fructose p = 20.4% λ 1 = 623 nm α 1 = 29.95 D(-) Fructose p = 20.4% λ 2 = 578 nm α 2 = 39.20 D(-) Fructose p = 20.4% λ 3 = 550 nm α 3 = 42.20 D(-) Fructose p = 20.4% λ 4 = 450 nm α 4 = 64.08 2

Daraus ergeben sich mit einem geschätzten zufälligen Messfehler von σ α = 1.2 die folgenden Schaubilder: 3

3.2 Drehvermögen 3.2.1 Eichung Zur Eichung werden Proben mit bekannter Konzentration verwendet. Es wurde ein Fehler bei der Winkelmessung von σ W inkel = 2 angenommen. Trägt man den Drehwinkel als Funktion der Konzentration auf so erhält man folgende Schaubilder: Man erkennt, dass die Messung der Glukose nicht sehr exakt ist. Aus der Steigung der Ausgleichsgeraden erhält man das spezifische Drehvermögen der Stoffe: φ 0,Glukose = (1.41 ± 0.19) % φ 0,Fruktose = (1.74 ± 0.05) % Dabei ist die Glokuselösung rechts- und die Fruktoselösung linksdrehend. (2) (3) 4

3.2.2 Unbekannte Proben Die Konzentration p X der unbekannten Proben ergibt sich durch Nach der Gaussschen Fehlerfortpflanzung ist gilt für den Fehler σ px = ( σ αx p X = α X φ 0 (4) 1 φ 0 ) 2 ( ) 2 + σ φ0 αx φ 2 (5) 0 Probe Drehrichtung Zuckerart Drehwinkel Konzentration X1 linksdrehend Fruktose α X1 = 4.26 ± 0.35 p X1 = (2.44 ± 0.21)% X2 rechtsdrehend Glukose α X2 = 16.87 ± 0.52 p X2 = (11.96 ± 1.68)% X3 rechtsdrehend Glukose α X3 = 7.74 ± 0.35 p X3 = (5.49 ± 0.79)% X4 linksdrehend Fruktose α X4 = 29.79 ± 0.13 p X4 = (11.96 ± 0.49)% Leider liegen uns keine Vergleichswerte der Proben vor. Dennoch scheint die Messung relativ exakt zu sein. 5