液體旋光率的測(cè)定

液體旋光率的測(cè)定［引言］線偏振光通過(guò)某些物質(zhì)后，偏振光的振動(dòng)面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為旋光現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)的角度稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)角或旋光度，能夠使線偏振光振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)，稱(chēng)為旋光物質(zhì)。旋光儀是測(cè)定旋光物質(zhì)旋光度的儀器，通過(guò)對(duì)旋光度的測(cè)定可確定物質(zhì)的濃度、純度、比重、含量等，可供一般的成分分析之用，廣泛應(yīng)用于石油、化工、制藥、香料、制糖及食品、釀造等工業(yè)。［實(shí)驗(yàn)?zāi)康模萘私庑鈨x的結(jié)構(gòu)、原理及使用。觀察旋光物質(zhì)的旋光現(xiàn)象。學(xué)會(huì)用旋光儀測(cè)液體的旋光率和濃度。［實(shí)驗(yàn)儀器］旋光儀，試管，葡萄糖溶液。［實(shí)驗(yàn)原理］單色偏振光通過(guò)液體旋光物質(zhì)時(shí)，其振動(dòng)面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為旋光現(xiàn)象，如圖1所示。振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度與旋光物質(zhì)的性質(zhì)、厚度L、濃度C有關(guān)，其關(guān)系式為：△中=aCL（1）式中，△①為用波長(zhǎng)為人的偏振光時(shí)測(cè)得的旋轉(zhuǎn)角度，稱(chēng)為旋光度，單位為度（°）；a為比例系數(shù)，稱(chēng)為物質(zhì)的旋光率，若溶液濃度C的單位為kg/m3,溶液厚度L的單位為m，則a的單位為（°）?m2/kg。工業(yè)上a的單位通常為（°）?cm3（（dm?g）。在數(shù)值上等于偏振光通過(guò)單位長(zhǎng)度（1m）單位濃度（1kg/m3）的溶液后引起振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度。圖1旋光現(xiàn)象起偏器2.起偏器偏振化方向3.旋光物質(zhì)檢偏器偏振化方向5,旋光角6一檢偏器實(shí)驗(yàn)表明，同一旋光物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光有不同的旋光率。在一定溫度下，物質(zhì)的旋光率與入射光波長(zhǎng)入的平方成反比：ax1/人2。由此可見(jiàn)，旋光率隨波長(zhǎng)的減小而迅速增大，這現(xiàn)象稱(chēng)為旋光色散。由于存在旋光色散，通常采用鈉黃光（入=589.44nm）來(lái)測(cè)定旋光率。旋光率還與旋光物質(zhì)的溫度有關(guān)。如對(duì)于蔗糖水溶液，在室溫條件下溫度每升高（或降低）1°C，其旋光率約減?。ɑ蛟黾樱?.024°cm3/（dm?g）。因此對(duì)于所測(cè)的旋光率，必須說(shuō)明測(cè)量時(shí)的溫度。

旋光率有正負(fù)值。面向光源，如果旋光現(xiàn)象使偏振光的振動(dòng)面向右（即順時(shí)針?lè)较颍┬D(zhuǎn)，這種溶液稱(chēng)為右旋溶液，如葡萄糖、麥芽糖、蔗糖的水溶液，它們的旋光率用正值表示。反之，如果振動(dòng)面向左（即逆時(shí)針?lè)较颍┬D(zhuǎn)，這種溶液稱(chēng)為左旋溶液，如轉(zhuǎn)化糖、果糖的水溶液，它們的旋光率用負(fù)值表示。若已知待測(cè)旋光溶液的濃度C和液體的厚度L，測(cè)出旋光度△中，就可以由式（1）求出旋光率偵。也可以在溶液厚度L不變的條件下，依次改變?nèi)芤簼舛菴，測(cè)出相應(yīng)的旋光度△中，然后作出△中與C的關(guān)系圖線（稱(chēng)為旋光曲線），由直線的斜率也可求出旋光率口。反之，在已知某種溶液的旋光曲線時(shí)，只要測(cè)量出溶液的旋光角，就可以從旋光曲線上查出對(duì)應(yīng)的溶液濃度。因?yàn)槿说难劬﹄y以準(zhǔn)確地判斷視場(chǎng)是否最暗，故多采用半蔭法，比較相鄰兩光束的強(qiáng)度是否相等來(lái)確定旋光度。若在起偏鏡后再加一石英晶片，此石英片和起偏鏡的一部分在視場(chǎng)中重迭，如圖2,可將視場(chǎng)分為三部分。取石英片的光軸平行于自身表面并與起偏軸成一角度。（僅幾度）。由光源發(fā)出的光經(jīng)起偏鏡后變成線偏振光，其中一部分光再經(jīng)過(guò)石英片（其厚度恰使在石英片內(nèi)分成e光和o光的相差為n的奇數(shù)倍，出射的合成光仍為線偏*英片圖2石英片的安裝方法振光），其偏振面相對(duì)與入射光的偏振面轉(zhuǎn)過(guò)了29所以進(jìn)入測(cè)試管里的PP'FF；.分視場(chǎng)大于或小于零度視場(chǎng);小于或大于零度視場(chǎng);（b）零度視場(chǎng);*英片圖2石英片的安裝方法振光），其偏振面相對(duì)與入射光的偏振面轉(zhuǎn)過(guò)了29所以進(jìn)入測(cè)試管里的PP'FF；.分視場(chǎng)大于或小于零度視場(chǎng);小于或大于零度視場(chǎng);（b）零度視場(chǎng);（d）全亮視場(chǎng)。(a)(c)0轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡時(shí)，目鏡中視場(chǎng)的亮暗變化圖在圖3中，如果以O(shè)P和OA分別表示起偏鏡和檢偏鏡，OP'表示透過(guò)石英片后偏振光的振動(dòng)方向，B表示OP與OA的夾角，"表示OP'與OA的夾角；再以Ap和Ap'分別表示通過(guò)起偏鏡和起偏鏡加石英片的偏振光在檢偏鏡軸方向的分量；則由圖3可知，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡時(shí)，AP和Ap'的大小將發(fā)生變化，反映在從目鏡中見(jiàn)到的視場(chǎng)上將出現(xiàn)亮暗交替變化（圖3的下半部分），圖中列出了四種顯著不同的情形：（a）B'>B、Ap>AP‘通過(guò)檢偏鏡觀察時(shí)，與石英片對(duì)應(yīng)的部分為暗區(qū)，與起偏鏡對(duì)應(yīng)的部分為亮區(qū)，視場(chǎng)被分成清晰的三部分。當(dāng)B‘=n/2時(shí)，亮暗反差最大。B'=B、Ap=Ap‘通過(guò)檢偏鏡觀察時(shí)，視場(chǎng)中三部分界線消失，亮度相等，較暗。B'<B、Ap<Ap‘通過(guò)檢偏鏡觀察時(shí)，視場(chǎng)又被分成清晰的三部分，與石英片對(duì)應(yīng)的部分為亮區(qū)，與起偏鏡對(duì)應(yīng)的部分為暗區(qū)。當(dāng)B=n/2時(shí)，亮暗反差最大。B'=B、Ap=Ap‘通過(guò)檢偏鏡觀察時(shí)，視場(chǎng)中三部分界線消失，亮度相等，較亮。由于在亮度不太強(qiáng)的情況下，人眼辨別亮度微小差別的能力較大，所以常取圖3(b)所示的視場(chǎng)作為參考視場(chǎng)(稱(chēng)為零度視場(chǎng))，并將此時(shí)檢偏的偏振軸所指的位置取作刻度盤(pán)的零點(diǎn)。在旋光儀中放上測(cè)試管后，透過(guò)起偏鏡和石英片的兩束偏振光均通過(guò)測(cè)試管，它們的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)相同的角度，并保持兩振動(dòng)面間的夾角2。不變。如果轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡，使視場(chǎng)仍舊回到圖3(b)所示的狀態(tài)。則檢偏鏡轉(zhuǎn)過(guò)的角度即為被測(cè)試溶液的旋光度。［儀器描述］圖4旋光儀結(jié)構(gòu)示意圖1-光源；2-會(huì)聚透鏡；3-濾色片；4-起偏鏡；5-石英片；6-測(cè)試管；7-檢偏鏡；8-望遠(yuǎn)鏡物鏡；9-刻度盤(pán)；10-望遠(yuǎn)鏡目鏡；11-刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪旋光儀是測(cè)量旋光溶液的旋光度△中的儀器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。測(cè)量時(shí)，先將旋光儀中起偏鏡4和檢偏鏡7的偏振軸調(diào)成相互正交，即在目鏡10中看到最暗的視場(chǎng)；然后裝上測(cè)試管6,因旋光現(xiàn)象引起振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)，目鏡中的視場(chǎng)變亮，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡7,使其變?yōu)樽畎担藭r(shí)偏振鏡旋轉(zhuǎn)的角度即為管測(cè)溶液的旋光度△中。儀器的讀數(shù)裝置由刻度盤(pán)和游標(biāo)盤(pán)組成，其中刻度盤(pán)與檢偏鏡連為一體，利用刻度盤(pán)調(diào)節(jié)手輪調(diào)節(jié)?？潭缺P(pán)上等分為360個(gè)格，每格為1°，角游標(biāo)上等分20個(gè)格，其分度為0.05°。為消除刻度盤(pán)的偏心差，采用雙游標(biāo)讀數(shù)，測(cè)量時(shí)兩個(gè)游標(biāo)都讀數(shù)，取其平均值。［實(shí)驗(yàn)內(nèi)容］1.調(diào)整旋光儀接通旋光儀電源，開(kāi)啟開(kāi)關(guān)，預(yù)熱10分鐘，待鈉光燈發(fā)光正?？砷_(kāi)始工作。在沒(méi)有放測(cè)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。調(diào)節(jié)刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，觀察并熟悉視場(chǎng)明暗變化的規(guī)律。定零點(diǎn)位置。在儀器中放入空試管或充滿蒸餾水的試管后，轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使三分視場(chǎng)亮度相等且較暗，即為零度視場(chǎng)，此時(shí)刻度盤(pán)上讀數(shù)即為零點(diǎn)位置讀數(shù)。從左右兩個(gè)讀數(shù)視窗分別讀數(shù)中o左、中o右，求二者平均值為①0，多次測(cè)量再去平均值困0為儀器的零點(diǎn)位置讀數(shù)。測(cè)定旋光性溶液的旋光率和濃度將事先配制成不同濃度的測(cè)試溶液，分別注入各測(cè)試管內(nèi)。注入時(shí)要裝滿試管，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。轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，找到零度視場(chǎng)位置，記錄左右讀數(shù)視窗的讀妙左、中右，多次測(cè)量，求平均值頁(yè)，這時(shí)溶液的旋光度為△①=①-①°。分別采用兩種方法測(cè)量旋光度。將裝有未知濃度的溶液的測(cè)試管放入旋光儀，重復(fù)上步驟(2)，測(cè)出其旋光度。測(cè)試完畢，關(guān)閉開(kāi)關(guān)，切斷電源。［注意事項(xiàng)］溶液應(yīng)裝滿試管，不能有較大氣泡。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。只能沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，以免產(chǎn)生空程誤差。試管的兩端經(jīng)精密磨制，以保證其長(zhǎng)度為確定值，使用時(shí)應(yīng)十分小心，以防損壞試管。所有鏡片，包括測(cè)試管兩頭的護(hù)片玻璃都不能用手直接揩拭，應(yīng)用柔軟的絨布或鏡頭紙擦拭。［數(shù)據(jù)處理］室溫t=°C表濃度(kg/m3)1次2次3次4次下(°)管長(zhǎng)L(mm)△①(°)中左(°)中右(°)中左(°)中右(°)中左(°)中右(°)中左(°)中右(°)空管零度視場(chǎng)//C2C3

表二:濃度（kg/m3）1次2次3次4次反(°)管長(zhǎng)L(mm)△①(°)中左(°)中右(°)中左(°)中右(°)中左(°)中右