SC Saccharimetrie

SC
Saccharimetrie
te Welle. Wie stark die Verzögerung der Welle ist bzw. wie stark überhaupt gestreut wird,
hängt von der Resonanzfrequenzen der Atome ab und wie weit wir mit dem eingestrahlten
Licht von der Resonazfrequenz entfernt sind. Als Folge davon steigt der Brechungsindex
mit zunehmender Lichtfrequenz an. In seltenen Fällen kann der Brechungsindex auch mit
steigender Frequenz fallen.
In homogenen Medien hängt die Phasengeschwindigkeit des Lichts nicht von der Ausbreitungsrichtung
und Polarisation ab. In Kristallen kann die Phasengeschwindigkeit und damit
der Brechungsindex sowohl von der Polarisationsrichtung als auch von der Ausbreitungsrichtung,
relativ zu seiner optischen Achse, abhängen. Diese Erscheinung nennt man ”
Doppelbrechung“.
Sie tritt beispielsweise bei Kalkspatkristallen (CaCO 3 ) auf. Man kann sie zur
Herstellung von Polarisatoren nutzen, die zwar viel teurer als Polarisationsfolien sind, aber
dafür auch dem idealen Polarisationsgrad von 100% wesentlich näher kommen und nicht auf
der Absorption basieren.
3.5. Optische Aktivität
Einige Kristalle und viele Flüssigkeiten haben einen unterschiedlichen Brechungsindex für
linkszirkular und rechtszirkular polarisierte Wellen. Man nennt sie ”
optisch aktiv“. Quarz
ist ein Beispiel für einen optisch aktiven Kristall, Zuckerlösungen sind Beispiele für optisch
aktive Flüssigkeiten. Die Moleküle in der Lösung sind chiral aufgebaut bzw. die Moleküle
an sich haben einen Drehsinn. Werden solche Substanzen mit linear polarisiertem
Licht durchstrahlt, so drehen sie die Polarisationsrichtung. Dieser Effekt liegt wiederum an
der unterschiedlichen Phasengeschwindigkeit für die verschiedenen Polarisationen. Die eingestrahlte,
linear polarisierte Welle können wir wie oben gelernt in eine rechts und eine links
zirkular polarisierte Welle zerlegen. In optisch aktiven Medien sind die Phasengeschwindigkeiten
dieser Polarisationen anders, was durch die Struktur der Moleküle begründet ist. Nach
dem Durchgang durch die Substanz sind die beiden Polarisationen gegeneinander verschoben
worden. Dies hat zur Folge, dass die resultierende lineare Polarisation sich um einen
bestimmten Winkel gedreht hat. Der Drehwinkel φ ist direkt proportional zur Länge l des
Lichtwegs im optisch aktiven Medium, und bei Lösungen auch noch zur Konzentration k
der optisch aktiven Substanz in der Lösung. Deshalb kann man den Drehwinkel in der Form
φ = φ 0 · k · l
(SC.3)
darstellen. Der Proportionalitätsfaktor φ 0 heißt spezifisches Drehvermögen der Substanz.
So wie der Brechungsindex hängt auch das spezifische Drehvermögen von der Lichtfrequenz
ab. Diese Abhängigkeit heißt Rotationsdispersion.
Bei bekannter Weglänge l kann man aus einem gemessenen Wert von φ bei bekanntem spezifischem
Drehvermögen φ 0 auf die unbekannte Konzentration k schließen. Davon wird bei
der ”
Saccharimetrie“, der Messung von Zuckerkonzentrationen, Gebrauch gemacht.
Wie kann man die Drehung der Polarisationsrichtung messen? Zunächst muss man sich mittels
einer gewöhnlichen Lichtquelle, eines festen Polarisators und, um nicht durch die Rotationsdispersion
gestört zu werden, eines Farbfilters monochromatisches linear polarisiertes
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