Как известно, вращение плоскости поляризации - это следствие. Оно
вызвано взаимодействием поляризованного света с оптически активной
средой. Именно свойства активной среды и ее структура определяют
величину и направление вращения плоскости поляризации света.
Для изучения поведения поляризованного света в активных средах создан
большой арсенал различных поляризационных приборов. Это поляриметры,
сахариметры, спектрополяриметры, магнитополяриметры. Хотя задачи,
стоящие перед ними, разные, но решаются они одним способом: путем
измерения угла поворота плоскости поляризации излучения. Поэтому
одинаков и принцип, заложенный в конструкцию приборов.
Рассмотрим работу поляриметра (рис. 63). Свет от источника пропускают
через <скрещенные> поляризатор и анализатор. Такая система задерживает
свет, поэтому поток не поступает на фотоприемник. Теперь поместим между
поляризатором и анализатором исследуемую оптически активную среду.
Регистратор зафиксирует появление сигнала. Причина в том, что оптически
активная среда поворачивает плоскость поляризации света на некоторый
угол а. При этом анализатор перестает быть абсолютной преградой для
света, в результате чего часть потока поступает на фотоприемник. Но
достаточно повернуть анализатор на тот же угол а, как свет снова
гасится, и сигнал на регистратор не поступает. Таким образом, измерение
сводится к простой операции - определению угла поворота анализатора.
Технически эту идею реализуют по-разному. В современных приборах,
например, вращают не анализатор, а плоскость поляризации излучения
возвращают в исходное положение. Для этого перед анализатором
устанавливают компенсатор в виде модулятора Фарадея, который питают
постоянным током такой величины, чтобы скомпенсировать поворот плоскости
поляризации, который внесла в излучение оптически активная среда. Таким
образом удается не только автоматизировать процесс измерения, но и
существенно повысить точность прибора, его быстродействие. Есть и другие
пути повышения точности, например, в приборе используют
высокомонохроматическое лазерное излучение, свет модулируют. Сочетание
всех этих средств позволяет оценивать поворот плоскости поляризации
излучения с точностью до +0,0001°.
По величине угла вращения плоскости поляризации можно, например, судить
о концентрации активного вещества в растворе. В сахарной промышленности
таким путем оценивают содержание сахара в растворе на разных стадиях его
изготовления. Поэтому поляриметры еще известны под названием
сахариметры. Методом сахарометрии пользуются в фармацевтической
промышленности при производстве камфоры, кокаина, никотина. Применяется
этот метод также в медицинских и биохимических лабораториях для
определения содержания сахара и белка в моче, сахарозы и глюкозы в
растворах.
Если измерения в поляриметрах ведутся на одной длине волны, то
возможности спектрополяриметров значительно шире. С их помощью можно
проследить, как изменяется вращение плоскости поляризации излучения в
широком спектральном интервале, т. е. исследовать вращательную дисперсию
вещества. Это дает дополнительную информацию о свойствах оптически
активных сред и, в первую очередь, о структуре высокомолекулярных
соединений. Такая информация может оказаться полезной в самых
неожиданных случаях. Например, в 1970 г. на территории Австралии упал
метеорит. В его составе было обнаружено 17 различных аминокислот.
Возникли сомнения, действительно ли найденные вещества внеземного
происхождения. Исследования вращательной дисперсии этих веществ
показали, что их структура не походила на структуру земных аминокислот.
От поляриметра спектрополяриметр отличается только источником света и
фоторегистрирующей аппаратурой, которые рассчитаны на заданный
спектральный диапазон. Если в схему спектрополяриметра ввести между
поляризатором и
анализатором электромагнит, тогда прибор становится
магнитоспектрополяриметром. С его помощью можно исследовать магнитную
вращательную дисперсию вещества. Для этого исследуемую магнитоактивную
среду помещают в поле электромагнита. Под воздействием поля среда
становится оптически активной и поворачивает плоскость поляризации
света, проходящего через нее. Чтобы оценить величину этого поворота,
поступают так же, как и в поляриметрии - вращают анализатор, пока свет
на его выходе не погаснет. По величине вращения анализатора судят об
угле поворота плоскости поляризации света. Этот метод в последнее время
широко применяется для оценки качества материалов в полупроводниковой
промышленности.