(4.1.8)-液體旋光物質(zhì)的濃度測量

旋光性溶液濃度的測量一、開篇設(shè)問1、什么是偏振光？2、什么是旋光現(xiàn)象？3、如何觀測和檢測旋光？4、旋光效應(yīng)有何應(yīng)用？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，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。通過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，法國物理學(xué)家阿喇果（D.F.JArago）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)偏振光通過石英晶體時(shí)，它的振動(dòng)面會繞光的傳播方向轉(zhuǎn)過一定的角度。隨后（1815年），法國物理學(xué)家畢奧（Jean-BaptisteBiot

）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，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(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)，測旋光物質(zhì)的濃度。三、實(shí)驗(yàn)原理偏振光通過旋光物質(zhì)后，偏振面會發(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Φ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Φ?Φ=α?cα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Φ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

Φ=α?c如果測出偏振光在濃度c已知的溶液行走?的距離偏振方旋轉(zhuǎn)的角度Φ，就可以算出該種物質(zhì)的旋光率α。如果某種旋光物質(zhì)的旋光率α已知，測出偏振光在物質(zhì)中行走?的距離偏振方旋轉(zhuǎn)的角度Φ，就可以算出該種物質(zhì)的濃度c。測量系統(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)偏振方向檢測旋轉(zhuǎn)角度讀出偏振方向檢測旋轉(zhuǎn)角度讀出系統(tǒng)準(zhǔn)置系統(tǒng)：將來自光源的發(fā)散光準(zhǔn)直為平行光，以保證有足夠的光能和穩(wěn)定的光束通過后續(xù)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)參見《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)偏振光的偏振方向與其起偏方向垂直時(shí)，完全沒有光通過，而平行時(shí)有最大的光能通過。因此旋轉(zhuǎn)檢偏器，從輸出光的亮度的大小可判斷透過旋光物質(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。但是人的視覺對最亮或最暗的判斷并不很準(zhǔn)確，間斷地通過最亮或最暗來判斷偏振方向有很大誤差。相比之下，人的視覺對明暗對比卻比較敏感。半蔭片技術(shù)就是利用人的這一視覺特點(diǎn)，半蔭片技術(shù)就是利用人的這一視覺特點(diǎn)，將視場分成有明確界線的不同區(qū)域，通過光學(xué)技術(shù)將最亮或最暗的判斷轉(zhuǎn)化為在視場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)由于視覺在暗視場中對明暗分界線最敏感，在視場有最小亮度時(shí)觀察是否有分界線來判斷偏振方向成為首選。在亮視場中觀察對不同亮度分界線不敏感在暗視場中觀察對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)偏振方向檢測旋轉(zhuǎn)角度讀出偏振方向檢測旋轉(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)，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差四、實(shí)驗(yàn)儀器1.光源2.會聚透鏡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)容和步驟1．測定旋光計(jì)的零點(diǎn)將空樣品管放入旋光計(jì)中，并點(diǎn)亮鈉燈約10分鐘，待完全發(fā)出鈉黃光后，調(diào)節(jié)目鏡，使能清楚地看到視場中的分界線，然后轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，直至整個(gè)視場中各個(gè)區(qū)域弱照度相等。從左、右兩刻度盤上分別讀出數(shù)值φ01和φ02，則零點(diǎn)位置為

重復(fù)10次，求其平均值。2．將裝入待測濃度糖溶液的樣品管放入旋光計(jì)中。樣品管溶液要裝滿，盡量使管內(nèi)無氣泡，若有氣泡，在把管子放入旋光計(jì)里面時(shí)，應(yīng)使氣泡在管子凸起部位。調(diào)節(jié)目鏡，使能清楚地看到視場中的分界