液體旋光物質(zhì)的質(zhì)量濃度測量

1、背景介紹背景介紹 18111811年，法國物理學(xué)家阿喇果（年，法國物理學(xué)家阿喇果（D. F. J AragoD. F. J Arago）發(fā)）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)偏振光通過石英晶體時，它的振動面會繞光的傳播現(xiàn)，當(dāng)偏振光通過石英晶體時，它的振動面會繞光的傳播方向轉(zhuǎn)過一定的角度。隨后（方向轉(zhuǎn)過一定的角度。隨后（18151815年），法國物理學(xué)家畢年），法國物理學(xué)家畢奧（奧（Jean-Baptiste Biot Jean-Baptiste Biot ）在酒石酸中發(fā)現(xiàn)相同的現(xiàn)象，）在酒石酸中發(fā)現(xiàn)相同的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫旋光現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫旋光現(xiàn)象。 旋光現(xiàn)象引起人們極大興趣，近旋光現(xiàn)象引起人們極大興趣，近200200

2、年來，科學(xué)家們年來，科學(xué)家們圍繞產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的原因積極探索，有力地推動了人們對圍繞產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的原因積極探索，有力地推動了人們對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，與此同時，旋光現(xiàn)象物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，與此同時，旋光現(xiàn)象也在化學(xué)、化工、物理、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有大量應(yīng)用。也在化學(xué)、化工、物理、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有大量應(yīng)用。 （1）觀察糖溶液的旋光現(xiàn)象；）觀察糖溶液的旋光現(xiàn)象； （2）掌握旋光計的使用方法；）掌握旋光計的使用方法； （3）會用旋光儀測糖溶液的旋光度和濃度。）會用旋光儀測糖溶液的旋光度和濃度。（1）什么是線偏振光？什么是自然光？）什么是線偏振光？什么是自然光？線偏振光：線偏振光：如果在如果

3、在垂直垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，于光傳播方向的平面內(nèi)，光矢量光矢量只沿一個只沿一個固定的方向振動，這種光稱為平面偏振光，或固定的方向振動，這種光稱為平面偏振光，或線偏振光線偏振光。光矢量。光矢量的方向和光的傳播方向所構(gòu)成的平面稱為的方向和光的傳播方向所構(gòu)成的平面稱為振動面振動面。自然光自然光：它包括了：它包括了垂直于光波傳播方向垂直于光波傳播方向的所有可能的振動方向，的所有可能的振動方向，所以不顯示出偏振性。所以不顯示出偏振性。 自然光自然光偏振光偏振光旋光性物質(zhì)：旋光性物質(zhì)：石英晶體、食糖溶液、石英晶體、食糖溶液、酒石酸溶液、松節(jié)油、朱砂酒石酸溶液、松節(jié)油、朱砂 線偏振光通過某些物質(zhì)后，偏振

4、光的振動面將旋轉(zhuǎn)一定的角線偏振光通過某些物質(zhì)后，偏振光的振動面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱為度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象。（2）什么是旋光現(xiàn)象？）什么是旋光現(xiàn)象？1）旋光物質(zhì)的性質(zhì)）旋光物質(zhì)的性質(zhì);2）旋光物質(zhì)的厚度）旋光物質(zhì)的厚度l ;3）旋光物質(zhì)的質(zhì)量濃度）旋光物質(zhì)的質(zhì)量濃度c;4) 液體旋光物質(zhì)的溶劑；液體旋光物質(zhì)的溶劑；5）入射光的波長。）入射光的波長。（3）振動面旋轉(zhuǎn)的角度（旋光度）振動面旋轉(zhuǎn)的角度（旋光度） 與哪些因素有關(guān)？與哪些因素有關(guān)？lc本實驗我們研究本實驗我們研究糖水溶液糖水溶液對對鈉黃光的旋光度鈉黃光的旋光度實驗中實驗中旋光度旋光度 ，糖水的厚度糖水的厚度 以及以及糖

5、水的質(zhì)量濃度糖水的質(zhì)量濃度存在如下關(guān)系：存在如下關(guān)系：lcl液柱長液柱長 (分米分米)； 為為旋旋光光率率 (度度/分分米米.克克.厘厘米米-3)：數(shù)數(shù)值值上上等等于于偏偏振振光光通通過過長長度度為為1分分米，米，質(zhì)質(zhì)量量濃濃度度為為1g/cm3的的旋旋光光物物質(zhì)質(zhì)時時產(chǎn)產(chǎn)生生的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角。角。旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)角度 (度度)；（4）旋光儀結(jié)構(gòu)示意圖（請說出各器件的功能）旋光儀結(jié)構(gòu)示意圖（請說出各器件的功能）4-1）什么是起偏器和檢偏器？）什么是起偏器和檢偏器？起偏器起偏器(Polarizer)：獲得偏振光的器件。：獲得偏振光的器件。偏振片：偏振片：是一種常用的起偏器。它有一個特定的方向是一種常用

6、的起偏器。它有一個特定的方向,只讓平行只讓平行 與該方向的振動通過與該方向的振動通過,這一方向稱為這一方向稱為透振方向透振方向。檢偏器檢偏器(Analyzer)：偏振片也可用作檢偏器，檢驗?zāi)骋皇馐牵浩衿部捎米鳈z偏器，檢驗?zāi)骋皇馐欠駷槠窆?。否為偏振光?-2）什么是半波片？）什么是半波片？雙折射雙折射是光束入射到各向異性的晶體，分解成振動方向互相是光束入射到各向異性的晶體，分解成振動方向互相垂直、傳播速度不同、折射率不等的兩種偏振光，此現(xiàn)象即垂直、傳播速度不同、折射率不等的兩種偏振光，此現(xiàn)象即為雙折射為雙折射 。 兩條折射光線中，一條光遵守普通的折射定律，兩條折射光線中，一條光遵守普通

7、的折射定律，稱作稱作尋常光（或?qū)こ９猓ɑ騩光）；光）；另一條光不遵守普通的折射定律，稱另一條光不遵守普通的折射定律，稱作作非常光（或非常光（或e光）。光）。光線和光軸構(gòu)成的平面稱作光線和光軸構(gòu)成的平面稱作主平面主平面。尋常光的振動面尋常光的振動面垂直于垂直于尋常光的主平面；尋常光的主平面；非常光的振動面非常光的振動面則在非常光的主平面內(nèi)。則在非常光的主平面內(nèi)。 在各向異性的晶體的某個在各向異性的晶體的某個方向不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，方向不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，該方向為晶體的該方向為晶體的光軸光軸。半波片半波片：用來在偏振光的尋常光與非尋常光分量位相之間，：用來在偏振光的尋常光與非尋常光分量位相之間，產(chǎn)生半

8、波長的光程差或者產(chǎn)生半波長的光程差或者180位相差的延遲板。位相差的延遲板。 起偏片，成為平面偏振光起偏片，成為平面偏振光經(jīng)過半蔭片以經(jīng)過半蔭片以光軸為對稱軸光軸為對稱軸轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過2 角角鈉光燈鈉光燈2半半蔭蔭片片作作用用檢偏器檢偏器4-3）半蔭片？）半蔭片？三分視場半蔭片構(gòu)造三分視場半蔭片構(gòu)造玻玻璃璃玻玻璃璃半半波波片片2AB2AB2AB2AB檢偏器透振方向的四個位置檢偏器透振方向的四個位置讀數(shù)位置讀數(shù)位置試管長試管長L= 2 dm , 室溫室溫T= 度度檢偏器透檢偏器透振方向振方向2AB讀數(shù)位置讀數(shù)位置1（5）實驗方法）實驗方法放旋轉(zhuǎn)液體前放旋轉(zhuǎn)液體前放旋轉(zhuǎn)液體后放旋轉(zhuǎn)液體后2AB轉(zhuǎn)動檢波片

9、轉(zhuǎn)動檢波片讀數(shù)位置讀數(shù)位置2檢波片自檢波片自1號位置至號位置至2號位置轉(zhuǎn)過的角度等號位置轉(zhuǎn)過的角度等于旋光液體使光的偏振面轉(zhuǎn)過的角度于旋光液體使光的偏振面轉(zhuǎn)過的角度調(diào)焦旋鈕調(diào)焦旋鈕T檢偏器轉(zhuǎn)動手輪檢偏器轉(zhuǎn)動手輪實驗儀器實驗儀器有游標(biāo)的刻度盤有游標(biāo)的刻度盤測試管望遠(yuǎn)鏡目鏡望遠(yuǎn)鏡目鏡 檢偏器轉(zhuǎn)動手輪檢偏器轉(zhuǎn)動手輪調(diào)焦旋鈕調(diào)焦旋鈕T考慮視覺特征，采用半蔭片技術(shù)檢測偏振方向，采用游考慮視覺特征，采用半蔭片技術(shù)檢測偏振方向，采用游標(biāo)技術(shù)讀取十分之一度以下角度，采用對稱雙游標(biāo)，以標(biāo)技術(shù)讀取十分之一度以下角度，采用對稱雙游標(biāo)，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差消除角度讀數(shù)盤偏心誤差如圖所示，讀數(shù)裝置由刻度盤和如圖所示

10、，讀數(shù)裝置由刻度盤和游標(biāo)盤組成，其中刻度盤與檢偏游標(biāo)盤組成，其中刻度盤與檢偏鏡連為一體，并在度盤調(diào)節(jié)手輪鏡連為一體，并在度盤調(diào)節(jié)手輪的驅(qū)動下可轉(zhuǎn)動。為了避免刻度的驅(qū)動下可轉(zhuǎn)動。為了避免刻度盤的偏心差，盤的偏心差，儀器采用雙游標(biāo)讀儀器采用雙游標(biāo)讀數(shù)數(shù)。在游標(biāo)盤上相隔在游標(biāo)盤上相隔180度對稱度對稱地裝有左右兩個游標(biāo)，地裝有左右兩個游標(biāo)，度盤分度盤分360格，每格格，每格10；游標(biāo)分；游標(biāo)分20格，等格，等于度盤的于度盤的19格的角度值因此用格的角度值因此用游標(biāo)可直接讀到游標(biāo)可直接讀到0. .050。測量時兩測量時兩個游標(biāo)都讀數(shù)，取其平均值。個游標(biāo)都讀數(shù)，取其平均值。 圖 旋光儀讀數(shù)示意圖旋光儀讀

11、數(shù)旋光儀讀數(shù)偏心差：偏心差：旋光儀旋光儀刻度盤中心與游標(biāo)盤中心不能嚴(yán)格重合，從而使刻度盤刻度盤中心與游標(biāo)盤中心不能嚴(yán)格重合，從而使刻度盤中心與游標(biāo)盤中心有一定的偏離，導(dǎo)致了偏心差的產(chǎn)生。中心與游標(biāo)盤中心有一定的偏離，導(dǎo)致了偏心差的產(chǎn)生。四、注意事項四、注意事項1)溶液應(yīng)裝滿試管，不能有較大氣泡。注意讓殘留氣泡留在溶液應(yīng)裝滿試管，不能有較大氣泡。注意讓殘留氣泡留在試管中間的凸起部分。試管中間的凸起部分。2)注入溶液后，試管和試管兩端透光窗均應(yīng)擦凈才可裝上旋注入溶液后，試管和試管兩端透光窗均應(yīng)擦凈才可裝上旋光儀。光儀。3)只能沿同一方向轉(zhuǎn)動刻度盤轉(zhuǎn)動手輪，以免產(chǎn)生空程誤差。只能沿同一方向轉(zhuǎn)動刻度盤轉(zhuǎn)動手輪，以免產(chǎn)生空程誤差。4)試管的兩端經(jīng)精密磨制，以保證其長度為