旋光性溶液濃度的測(cè)量全套ppt課件

1、旋光性溶液濃度的測(cè)量一、開(kāi)篇設(shè)問(wèn)1、什么是偏振光？2、什么是旋光現(xiàn)象？3、如何觀測(cè)和檢測(cè)旋光？4、旋光效應(yīng)有何應(yīng)用？最暗 偏振方向與檢偏器起偏方向垂直J Arago）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)偏振光通過(guò)石英晶體時(shí)，它的振動(dòng)面會(huì)繞光的傳播方向轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。當(dāng)光通 過(guò)該透明介質(zhì)時(shí)，可以得到部分介質(zhì)的角動(dòng)量而使光的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能增加。偏振方向檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度讀出大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)熊永紅 等主編 華中科技大學(xué)出版社2004年振面旋轉(zhuǎn)的角度與旋光性物質(zhì)的溫度t、濃度c，以及光在該物質(zhì)中的行程有關(guān) 。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)熊永紅 等主編 華中科技大學(xué)出版社2005年檢偏器：其實(shí)是另一個(gè)檢偏器，當(dāng)偏振光的偏振方向與其起偏方向垂直時(shí)，完全沒(méi)有光通過(guò)，

2、而平行時(shí)有最大的光能通過(guò)。稱為旋光率，與溫度有關(guān)如果測(cè)出偏振光在濃度c已知的溶液行走 的距離偏振方旋轉(zhuǎn)的角度，就可以算出該種物質(zhì)的旋光率。振面旋轉(zhuǎn)的角度與旋光性物質(zhì)的溫度t、濃度c，以及光在該物質(zhì)中的行程有關(guān) 。2、利用糖的濃度與偏振光旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系，測(cè)糖的濃度c 。單一的橫波其振動(dòng)有一個(gè)明確的方向，這種現(xiàn)象稱為偏振，這個(gè)方向稱為偏振方向。最暗 偏振方向與檢偏器起偏方向垂直由于視覺(jué)在暗視場(chǎng)中對(duì)明暗分界線最敏感，在視場(chǎng)有最小亮度時(shí)觀察是否有分界線來(lái)判斷偏振方向成為首選。在沒(méi)有放測(cè)試標(biāo)本試管時(shí)，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場(chǎng)清晰。偏振電磁波、聲波是橫波，它們的（電、磁、機(jī)械）振動(dòng)方向與傳播方向垂直

3、，光波是一種電磁波，也是橫波。單一的橫波其振動(dòng)有一個(gè)明確的方向，這種現(xiàn)象稱為偏振，這個(gè)方向稱為偏振方向。傳播方向傳播方向振動(dòng)方向振動(dòng)方向偏振光一束自然光是由多個(gè)獨(dú)立的光波構(gòu)成，它們的振動(dòng)方向各不相同傳播方向自然光振動(dòng)方向偏振光在一束自然光的傳播路徑上加上起偏器后，只有那些振動(dòng)方向與起偏方向相同的光能很好地通過(guò)。通過(guò)起偏器后的光有單一的振動(dòng)方向，稱為偏振光。傳播方向自然光振動(dòng)方向振動(dòng)方向偏振光起偏器二、背景介紹 1911年，法國(guó)物理學(xué)家阿喇果（D. F. J Arago）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)偏振光通過(guò)石英晶體時(shí)，它的振動(dòng)面會(huì)繞光的傳播方向轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。隨后（1815年），法國(guó)物理學(xué)家畢奧（Jean-Bap

4、tiste Biot ）在酒石酸中發(fā)現(xiàn)相同的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫旋光效應(yīng)。 旋光效應(yīng)引起人們極大興趣，近200年來(lái)，圍繞產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的原因、機(jī)理，科學(xué)家們的探索，有力地推動(dòng)了對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，與此同時(shí)，旋光現(xiàn)象也在化學(xué)、化工、物理、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有了大量應(yīng)用。 本實(shí)驗(yàn)就是要應(yīng)用旋光效應(yīng)，測(cè)旋光物質(zhì)的濃度。三、實(shí)驗(yàn)原理偏振光通過(guò)旋光物質(zhì)后，偏振面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)振動(dòng)方向振動(dòng)方向振動(dòng)方向二、實(shí)驗(yàn)原理振面旋轉(zhuǎn)的角度與旋光性物質(zhì)的溫度t、濃度c，以及光在該物質(zhì)中的行程有關(guān) 。振動(dòng)方向振動(dòng)方向振動(dòng)方向 =c稱為旋光率，與溫度有關(guān)透明旋光物質(zhì)光在旋光物質(zhì)中的行程振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度三、實(shí)驗(yàn)原理振面旋轉(zhuǎn)的角度

5、與旋光性物質(zhì)的溫度t、濃度c，以及光在該物質(zhì)中的行程有關(guān) 。由 =c如果測(cè)出偏振光在濃度c已知的溶液行走 的距離偏振方旋轉(zhuǎn)的角度，就可以算出該種物質(zhì)的旋光率。如果某種旋光物質(zhì)的旋光率已知，測(cè)出偏振光在物質(zhì)中行走 的距離偏振方旋轉(zhuǎn)的角度，就可以算出該種物質(zhì)的濃度c。測(cè)量系統(tǒng)準(zhǔn)直旋光物質(zhì)起偏器檢偏器光源準(zhǔn)直系統(tǒng)旋光物質(zhì)偏振方向檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度讀出偏振方向檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度讀出系統(tǒng)準(zhǔn)置系統(tǒng)：將來(lái)自光源的發(fā)散光準(zhǔn)直為平行光，以保證 有足夠的光能 和穩(wěn)定的光束通過(guò)后續(xù)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)參見(jiàn)平行光管實(shí)驗(yàn)起偏器：將準(zhǔn)直的非偏振光變成偏振光 。 旋光物質(zhì)：長(zhǎng)度已知的透明旋光物質(zhì)樣本。 檢偏器：其實(shí)是另一個(gè)檢偏器，當(dāng)偏振光的偏振

6、方向與其起偏方向垂直時(shí)，完全沒(méi)有光通過(guò)，而平行時(shí)有最大的光能通過(guò)。因此旋轉(zhuǎn)檢偏器，從輸出光的亮度的大小可判斷透過(guò)旋光物質(zhì)后，光的偏振方向。 偏振方向判斷與角度讀出系統(tǒng)：考慮視覺(jué)特征，采用半蔭片技術(shù)檢測(cè)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(duì)稱雙游標(biāo)，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差半蔭片技術(shù)偏振方向判斷可以通過(guò)觀察輸出光亮度隨檢偏器旋轉(zhuǎn)是否達(dá)到最亮或最暗來(lái)實(shí)現(xiàn)，最亮?xí)r輸出光的偏振方向與檢偏器起騙方向相同，最暗時(shí)輸出光的偏振方向與檢偏器起偏方向垂直。但是人的視覺(jué)對(duì)最亮或最暗的判斷并不很準(zhǔn)確，間斷地通過(guò)最亮或最暗來(lái)判斷偏振方向有很大誤差。相比之下，人的視覺(jué)對(duì)明暗對(duì)比卻比較敏感。半蔭片技術(shù)就是利

7、用人的這一視覺(jué)特點(diǎn)，半蔭片技術(shù)就是利用人的這一視覺(jué)特點(diǎn)，將視場(chǎng)分成有明確界線的不同區(qū)域，通過(guò)光學(xué)技術(shù)將最亮或最暗的判斷轉(zhuǎn)化為在視場(chǎng)中是否存在分界線的判斷。最亮 偏振方向與檢偏器起偏方向平行最暗 偏振方向與檢偏器起偏方向垂直有明顯的分界線 偏振方向與起偏器起偏方向既不垂直，也不平行沒(méi)有分界線 偏振方向與起偏器起偏方向垂直，或平行半蔭片技術(shù)由于視覺(jué)在暗視場(chǎng)中對(duì)明暗分界線最敏感，在視場(chǎng)有最小亮度時(shí)觀察是否有分界線來(lái)判斷偏振方向成為首選。在亮視場(chǎng)中觀察對(duì)不同亮度分界線不敏感在暗視場(chǎng)中觀察對(duì)不同亮度分界線更敏感四、實(shí)驗(yàn)儀器準(zhǔn)直旋光物質(zhì)起偏器檢偏器光源準(zhǔn)直系統(tǒng)旋光物質(zhì)偏振方向檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度讀出偏振方向檢測(cè)旋

8、轉(zhuǎn)角度讀出系統(tǒng)偏振方向判斷與角度讀出系統(tǒng)：考慮視覺(jué)特征，采用半蔭片技術(shù)檢測(cè)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(duì)稱雙游標(biāo)，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差四、實(shí)驗(yàn)儀器1.光源 2.會(huì)聚透鏡 3.濾光片 4.偏光片 5.中央石英片和兩旁玻璃補(bǔ)償片6.測(cè)試管 7.檢偏鏡 8.望遠(yuǎn)鏡物鏡 9.刻度盤 10.望遠(yuǎn)鏡目鏡 四、實(shí)驗(yàn)儀器有游標(biāo)的刻度盤測(cè)試管望遠(yuǎn)鏡目鏡 刻度盤轉(zhuǎn)動(dòng)手輪五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、利用濃度已知的糖溶液，測(cè)糖的旋光率。2、利用糖的濃度與偏振光旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系，測(cè)糖的濃度c 。操作步驟1、旋光儀接220v交流電源，開(kāi)啟后預(yù)熱5分鐘，待納光燈正常發(fā)光。2、校驗(yàn)零點(diǎn)位置。在沒(méi)有放測(cè)試標(biāo)本試管時(shí)

9、，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場(chǎng)清晰。調(diào)節(jié)刻度盤轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使視場(chǎng)亮度一致（為全暗視場(chǎng)）。從刻度盤的兩個(gè)游標(biāo)上讀數(shù)，將讀數(shù)相加除以2作為測(cè)量的結(jié)果。反復(fù)測(cè)量3次取平均質(zhì)，確定零位誤差數(shù)值，對(duì)以后的測(cè)量值進(jìn)行校正。3、放入濃度已知的糖溶液試管，測(cè)定糖的旋光率，反復(fù)測(cè)6次。4、放入濃度未知的糖溶液試管，測(cè)量6組數(shù)據(jù)，計(jì)算溶液的濃度，估算不確定度，寫出結(jié)果表達(dá)。數(shù)據(jù)處理1數(shù)據(jù) 1234560.30.20.10.400.31616.61716.917.217.319.319.718.618.418.719無(wú)試管0已知 1未知2次數(shù)=0.21 度=16.83 度=18.95度數(shù)據(jù)處理2數(shù)據(jù)處理六、設(shè)計(jì)案例

10、準(zhǔn)直旋光物質(zhì)起偏器檢偏器光源準(zhǔn)直系統(tǒng)旋光物質(zhì)偏振方向檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度讀出偏振方向檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度讀出系統(tǒng)偏振方向判斷與角度讀出系統(tǒng)：考慮視覺(jué)特征，采用半蔭片技術(shù)檢測(cè)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(duì)稱雙游標(biāo)，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差七、最新進(jìn)展機(jī)理：旋光性介質(zhì)具有角動(dòng)量，光也具有角動(dòng)量。當(dāng)光通 過(guò)該透明介質(zhì)時(shí)，可以得到部分介質(zhì)的角動(dòng)量而使光的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能增加。 在有機(jī)物之中的旋光效應(yīng)可以理解為，具有手性碳原子的化合物其角動(dòng)量才可以使光的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能增加，使其光軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)。七、最新進(jìn)展應(yīng)用：用于化學(xué)工業(yè)、醫(yī)院、科研單位，用來(lái)測(cè)定含有旋光性的有機(jī)物質(zhì)，如糖溶液、松節(jié)油、樟腦等幾千種活性物質(zhì)，確定它們的比重、純度、濃度與含量。例如：用于食品工業(yè)：檢驗(yàn)含糖量和測(cè)定食品調(diào)味品之淀粉含量；用于臨床及醫(yī)院：測(cè)定尿中含糖量及蛋白質(zhì)；用于糖廠：檢驗(yàn)生產(chǎn)過(guò)程中糖溶液濃度；用于藥物香料工業(yè)：測(cè)定藥物香料油之旋