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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
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