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[教学研究]液体旋光率的测定 实验** 液体旋光率的测定 [引言] 线偏振光通过某些物质后，偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。旋转的角度称为旋转角或旋光度，能够使线偏振光振动面发生旋转的物质，称为旋光物质。面对光源，如果旋光物质使偏振光的振动面沿逆时针方向旋转 ，称为左旋物质。反之，若使偏振光的振动面沿顺时针方向旋转，称为右旋物质。最早是发现石英晶体有这种现象，后来相继发现在糖溶液、松节油、硫化汞、氯化钠等液体中和其它某些晶体中都有旋光现象。旋光仪是测定旋光物质旋光度的仪器 ，通过对旋光度的测定可拟定物质的浓度、纯度、比重、含量等，可供普通的成分分析之用，广泛应用于石油、化工、制药、香料、制糖及食品、酿造等工业。 [预习提示] 液体的旋光率与哪些物理量有关, 如何拟定旋光仪的零度视场, 本实验采用了什么办法测液体的旋光度, [实验目的] 理解旋光仪的构造、原理及使用。 (观察旋光物质的旋光现象。 2 3. 学会用旋光仪测液体的旋光率和浓度。 [实验仪器] 旋光仪，试管，葡萄糖溶液。 [实验原理] 1(起偏镜 2(起偏镜偏振化方向 3(旋光物质 4(检偏镜偏振化方向 5(旋光角 6(检偏镜 图**-1 旋光的产生示意图 单色偏振光通过液体旋光物质时，其振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象，如图**-1 CL所示。振动面旋转的角度与旋光物质的性质、厚度、浓度有关，其关系式为 : ,,,,CL (**-1) ,,,,其中，是用波长为的偏振光时测得的旋转角度，称为旋光度，单位为度(? );为比例系数， - 3CL,称为物质的旋光率。若溶液浓度的单位为kg?m，溶液厚度的单位为m，则的单位为 2-13-1- 1,(?)?m?kg。工业上的单位普通为(?)?cm?dm?g。在数值上等于偏振光通过单位长度 -3(1m)、单位浓度(1kg?m)的溶液后引发振动面旋转的角度。 2实验表明，同一旋光物质对不同波长的光有不同的旋光率。在一定温度下， ，即旋光率,,1,随波长减小而快速增大，这种现象称为旋光色散。旋光率还与旋光物质的温度有关，如蔗糖水溶液，温 -1-1度每升高(或减少)1?，其旋光率约减小(或增加)0.024?cm??dm?g。 旋光率值可正、可负。面对光源，如果偏振光的振动面沿顺时针方向旋转，则称为右旋光，旋, 光率用正值表达。反之，如果振动面沿逆时针方向旋转，则称为左旋光，对应的旋光率用负值表达。 由于人的眼睛难以精确地判断视场与否最暗，故多采用半荫法比较相邻两光束的强度与否相等来拟定旋光度。若在起偏镜后加一石英晶片，此石英片和起偏镜的一部分在视场中重叠。随石英片安放的位置不同，可将视场分为二分视场(图**- 2(a)所示)或三分视场(图**- 2(b))，同时在石英片旁装上一定厚度的玻璃片，赔偿由石英片产生的光强变化。取石英片的光轴平行于本身表面并与起偏轴成一角,度(仅几度)。入射光经起偏镜后变成线偏振光，其中一部分光再通过石英片(其厚度恰使在石英片内分成的e 光和o 光相位差为π的奇数倍，出射的合成光仍为线偏振光)出射，其偏振面相对于入射 2,2,光的偏振面转过了，因此进入测试管里的光是振动面间夹角为的两束线偏振光。 (a)二分视场 (b)三分视场 图**-2 石英片的两种安装办法 图**-3 转动检偏镜时，目镜中视场的亮暗变化图 (a)不不大于或不大于零度视场;(b)零度视场; (c)不大于或不不大于零度视场;(d)全亮视场。 在图**-3中，如果以OP 和OA 分别表达起偏镜和检偏镜，OP′表达透过石英片后偏振光的振动 ,,方向，表达OP 与OA 的夹角，表达OP′与OA的夹角;以和分别表达通过起偏镜和起AA,,PP ,偏镜加石英片的偏振光在检偏镜轴向的振幅分量;当转动检偏镜时，和的大小将发生变化，从AAPP 目镜中见到的视场将出现亮暗交替变化(图**-3的下半部分)。图中列出了四种明显不同的情形: ,,(a)、通过检偏镜观察时，与石英片对应的部分为暗区，与起偏镜对应的部分A,A,,,PP ,为亮区，视场被分成清晰的二(或三)部分。当时，亮暗反差最大。 ,,,2 ,,(b)、通过检偏镜观察时，视场中二(或三)部分界限消失，亮度相等，较暗 。A,A,,,PP ,,(c))、通过检偏镜观察时，视场又被分成清晰的两(或三)部分，与石英片对 A,A,,,PP 时，亮暗反差最大。 应的部分为亮区，与起偏镜对应的部分为暗区。当,,,2 ,,(d)、通过检偏镜观察时，视场中二(或三)部分界限消失，亮度相等，较亮 。A,A,,,PP 由于在亮度不太强的状况下，人眼分辨亮度微小差别的能力较大，因此常取图 **- 3b所示的视场作为参考视场(称为零度视场)，并将此时检偏镜的偏振轴所指的位置取作刻度盘的零点。在旋光仪