物質(zhì)的旋光性及其測定

物質(zhì)的旋光性及其測定一、旋光的概念線偏振光在通過某些物質(zhì)后，它的振動(dòng)面發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為旋光。某些物質(zhì)具有能，使線偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，稱為旋光性。這些具有旋光性的物質(zhì)，稱為旋光物質(zhì)。1811年法國物理學(xué)家Arago首先發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線偏振光沿光軸方向在石英中傳播時(shí)，偏振光的振動(dòng)面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。大約同時(shí)，Boit在各種自然物質(zhì)的蒸氣和液態(tài)形態(tài)下也看到了同樣的現(xiàn)象，他還發(fā)現(xiàn)有左旋和右旋兩種情況。1822年，Herschel發(fā)現(xiàn)石英中的左旋和右旋是源于石英的左旋和右旋兩種不同的結(jié)構(gòu)。研究物質(zhì)的旋光性不僅在光學(xué)有特殊意義，在化學(xué)和生物學(xué)上也有深遠(yuǎn)的影響。影響物質(zhì)旋光性的因素很多。了解影響物質(zhì)旋光性的因素對(duì)物質(zhì)旋光性的測量和應(yīng)用是很重要的。偏振光通過某些晶體或某些物質(zhì)的溶液以后，偏振光的振動(dòng)面將旋轉(zhuǎn)一定的角.如圖27,—3所示，這個(gè)角稱為.它與偏振光通過溶液的長度L和溶液中旋光性物質(zhì)的濃度C成正比，即,,,LC(27—2)m式中,稱為該物質(zhì)的?如果L的單位用dm，濃度C定義為在1cm?溶液內(nèi)溶質(zhì)的克數(shù)，m單位用g/cm?，那么旋光率，的單位為(°)cm?/(dm?g).m實(shí)驗(yàn)表明，同一旋光物質(zhì)對(duì)不同波長的光有不同的旋光率.因此，通常采用鈉黃光(589.3nm)來測定旋光率.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?,其旋光率約減小(或增加)0.024°cm?/(dm?g).因此對(duì)于所測的旋光率，必須說明測量時(shí)的溫度.二、旋光率的測定實(shí)驗(yàn)中利用小型旋光儀測定葡萄糖的旋光率及未知溶液的濃度。實(shí)驗(yàn)原理書中已有詳細(xì)解釋，在這我想闡述一下三分視場的形成。實(shí)驗(yàn)中為提高測量精度，采其原理是在起偏鏡后面加一塊石英晶體片，石英片和起偏鏡的中部在視場中重疊，如圖27—疊，如圖27—A.圉27-5匸點(diǎn)匸H2-fi：?P|Jfc3髯呵龍!H斤址"網(wǎng)4社編*y母侗山厲厲化人岡|」右也此九湖冋彳和5所示，將視場分為三部分.并在石英片旁邊裝上一定厚度的玻璃片，以補(bǔ)償由于石英片的吸收而發(fā)生的光亮度變化，石英片的光軸平行于自身表面并與起偏鏡的偏振化方向夾一小角（稱,影蔭角）.由光源發(fā)出的光經(jīng)過起偏鏡后變成偏振光，其中一部分再經(jīng)過石英片，石英是各向異性晶體，光線通過它將發(fā)生雙折射.可以證明，厚度適當(dāng)?shù)氖⑵瑫?huì)使穿過它的偏振光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過角，這樣進(jìn)入測試管的光是振動(dòng)面間的夾角為的兩2,2,束偏振光.在圖27—6中，0P表示通過起偏鏡后的光矢量，而OP?則表示通過起偏鏡與石英片后的,,OPOP和OPOP和?在OA軸上的分量分別為.轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡時(shí)，的大小將發(fā)生變AAAA偏振光的光矢量，OA表示檢偏鏡的偏振化方向，OP和0P?與OA的夾角分別為B和B',化，于是從目鏡中所看到的三分視場的明暗也將發(fā)生變化（見圖27—6的下半部分）.圖中畫出OP和OP了四種不同的情形：（1）,,.從目鏡觀察到三分視場中與石英片對(duì)應(yīng)的中部為暗區(qū)，與起偏，，，OPOP,,AA鏡直接對(duì)應(yīng)的兩側(cè)為亮區(qū)，三分視場很清晰.當(dāng),時(shí)，亮區(qū)與暗區(qū)的反差最大.,,,/2,(2),.三分視場消失，整個(gè)視場為較暗的黃色.,,,OPOP,,AA,(3),.視場又分為三部分，與石英片對(duì)應(yīng)的中部為亮區(qū)，與起偏鏡直，，，OPOP,,AA接對(duì)應(yīng)的兩側(cè)為暗區(qū).當(dāng)時(shí)，亮區(qū)與暗區(qū)的反差最大.,,,/2,(4),.三分視場消失.由于此時(shí)OP和0P?在OA軸上的分量比第二種，，，OPOP,,AA情形時(shí)大，因此整個(gè)視場為較亮的黃色.由于在亮度較弱的情況下，人眼辨別亮度微小變化的能力較強(qiáng)，所以取圖27—6(2)情形的視場為參考視場，并將此時(shí)檢偏鏡偏振化方向所在的位置取作度盤的零點(diǎn).實(shí)驗(yàn)時(shí)，將旋光性溶液注入已知長度L的測試管中，把測試管放入旋光儀的試管筒內(nèi)，這時(shí)OP和OP,?兩束線偏振光均通過測試管，它們的振動(dòng)面都轉(zhuǎn)過相同的角度，并保持兩振動(dòng)面間的夾角為不變.轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡使視場再次回到圖27—6(2)狀態(tài)，則檢偏鏡所轉(zhuǎn)過2,的角度就是被測溶液的旋光角,.三、測量固體的旋光率光線射入透明固體，并不一定發(fā)生旋光現(xiàn)象。只有沿旋光物質(zhì)的光軸方向入射才會(huì)發(fā)生旋光現(xiàn)象。因此，測量固體旋光率，首先應(yīng)確定固體的光軸方向。測量固體旋光率，首先將固體沿其光軸方向加工成圓柱形。長度為L。然后即可按測量液體的方法來測量透明固體的旋光率了。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：f夕+嘟加I龜”\圜井虧4e 衣 iti r ik線二單非起半待偏檢偏部眼色偏偏蔭測振偏振分睛光振器片物面器光偏源光質(zhì)旋振轉(zhuǎn)光四、物質(zhì)旋光性的定性解釋及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)書中給出了旋光現(xiàn)象的唯象解釋：線偏振光可以看作是等強(qiáng)度的左旋和右旋圓偏振光的疊加，當(dāng)光在旋光介質(zhì)中傳播時(shí)，由于兩種偏振光傳播速度不同，傳播一定距離后，由于二者相位的差別，合成后的偏振光振動(dòng)方向便不同于初始方向，即轉(zhuǎn)過一定角度。我上網(wǎng)查了一下關(guān)于旋光性的解釋，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的旋光性是一個(gè)非常復(fù)雜的現(xiàn)丿二|二?j11f象，需要用量子力學(xué)來處理。也有很多從不同角度來解釋的。從物質(zhì)結(jié)構(gòu)上說旋光性來源于分子本身或分子在晶體中排列的不對(duì)稱性。如果分子本身的結(jié)構(gòu)既無對(duì)稱中心又無對(duì)稱平面，則分子以互為鏡像的兩種形態(tài)存在，分別對(duì)應(yīng)右旋和左旋兩種情形。晶體的旋光性既可來源