用旋光儀測量蔗糖溶液的濃度

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上用旋光儀測旋光性溶液的濃度【實驗目的】 1. 觀察光的偏振現(xiàn)象和偏振光通過旋光物質后的旋光現(xiàn)象. 2. 了解旋光儀的結構原理，學習測定旋光性溶液的旋光率和濃度的方法.3. 進一步熟悉用圖解法處理數(shù)據(jù).【實驗儀器】WXG-4型目視旋光儀、標準溶液、待測溶液、溫度計【實驗原理】 一、偏振光的基本概念根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，光是一種電磁波.光的傳播就是電場強度E和磁場強度H以橫波的形式傳播的過程.而E與H互相垂直，也都垂直于光的傳播方向，因此光波是一種橫波.由于引起視覺和光化學反應的是E，所以E矢量又稱為光矢量，把E的振動稱為光振動，E與光波傳播方向之間組成的平面叫振動面

2、.光在傳播過程中，光振動始終在某一確定方向的光稱為線偏振光，簡稱偏振光見圖1(a).普通光源發(fā)射的光是由大量原子或分子輻射而產生，單個原子或分子輻射的光是偏振的，但由于熱運動和輻射的隨機性，大量原子或分子所發(fā)射的光的光矢量出現(xiàn)在各個方向的概率是相同的，沒有哪個方向的光振動占優(yōu)勢，這種光源發(fā)射的光不顯現(xiàn)偏振的性質，稱為自然光見圖1(b).還有一種光線，光矢量在某個特定方向上出現(xiàn)的概率比較大，也就是光振動在某一方向上較強，這樣的光稱為部分偏振光見圖1(c). 二、偏振光的獲得和檢測將自然光變成偏振光的過程稱為起偏，起偏的裝置稱為起偏器.常用的起偏器有人工制造的偏振片、晶體起偏器和利用反射或多次透射

3、(光的入射角為布儒斯特角)而獲得偏振光.自然光通過偏振片后，所形成偏振光的光矢量方向與偏振片的偏振化方向(或稱透光軸)一致.在偏振片上用符號“”表示其偏振化方向.鑒別光的偏振狀態(tài)的過程稱為檢偏，檢偏的裝置稱為檢偏器.實際上起偏器也就是檢偏器，兩者是通用的.如圖2所示，自然光通過作為起偏器的偏振片以后，變成光通量為的偏振光，這個偏振光的光矢量與偏振化方向同方位，而與作為檢偏器的偏振片的偏振化方向的夾角為.根據(jù)馬呂斯定律，通過檢偏器后，透射光通量 （1）透射光仍為偏振光，其光矢量與檢偏器偏振化方向同方位.顯然，當以光線傳播方向為軸轉動檢偏器時，透射光通量將發(fā)生周期性變化.當時，透射光通量最大；當時

4、，透射光通量為極小值(消光狀態(tài))，接近全暗；當時，透射光通量介于最大值和最小值之間.但同樣對自然光轉動檢偏器時，就不會發(fā)生上述現(xiàn)象，透射光通量不變.對部分偏振光轉動檢偏器時，透射光通量有變化但沒有消光狀態(tài).因此根據(jù)透射光通量的變化，就可以區(qū)分偏振光、自然光和部分偏振光.三、旋光現(xiàn)象 偏振光通過某些晶體或某些物質的溶液以后，偏振光的振動面將旋轉一定的角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象.如圖3所示，這個角稱為旋光角.它與偏振光通過溶液的長度L和溶液中旋光性物質的濃度C成正比，即 (2)式中稱為該物質的旋光率.如果L的單位用dm，濃度C定義為在1cm³溶液內溶質的克數(shù)，單位用gcm³，那

5、么旋光率的單位為（º）cm³(dm·g).實驗表明，同一旋光物質對不同波長的光有不同的旋光率.因此，通常采用鈉黃光(5893nm)來測定旋光率.旋光率還與旋光物質的溫度有關.如對于蔗糖水溶液，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)0024ºcm³(dm·g).因此對于所測的旋光率，必須說明測量時的溫度.旋光率還有正負，這是因為迎著射來的光線看去，如果旋光現(xiàn)象使振動面向右(順時針方向)旋轉，這種溶液稱為右旋溶液，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，如果振動面向左(逆時針方向)旋轉，這種溶液

6、稱為左旋溶液，如轉化糖、果糖的水溶液，它們的旋光率用負值表示.嚴格來講旋光率還與溶液濃度有關，參見附表311，在要求不高的情況下，此項影響可以忽略.若已知待測旋光性溶液的濃度C和液柱的長度L，測出旋光角，就可以由(2)式算出旋光率.也可以在液柱長L不變的條件下，依次改變濃度C，測出相應的旋光角，然后畫出與C的關系圖線(稱為旋光曲線)，它基本是條直線，直線的斜率為，由直線的斜率也可求出旋光率.反之，在已知某種溶液的旋光曲線時，只要測量出溶液的旋光角，就可以從旋光曲線上查出對應的濃度.【實驗儀器介紹】 用WXG4型旋光儀來測量旋光性溶液的旋光角，其結構如圖4所示.為了準確地測定旋光角，儀器的讀數(shù)裝

7、置采用雙游標讀數(shù)，以消除度盤的偏心差.度盤等分360格，分度值，角游標的分度數(shù)n=20,因此，角游標的分度值i=n=005º，與20分游標卡尺的讀數(shù)方法相似.度盤和檢偏鏡聯(lián)結成一體，利用度盤轉動手輪作粗(小輪)、細(大輪)調節(jié).游標窗前裝有供讀游標用的放大鏡.儀器還在視場中采用了半蔭法比較兩束光的亮度，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)出的光經過起偏鏡后變成偏振光

8、，其中一部分再經過石英片，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?shù)氖⑵瑫勾┻^它的偏振光的振動面轉過角，這樣進入測試管的光是振動面間的夾角為的兩束偏振光.圖6在圖6中, OP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偏振光的光矢量，OA表示檢偏鏡的偏振化方向，OP和OP´與OA的夾角分別為和'，OP和OP´在OA軸上的分量分別為.轉動檢偏鏡時，的大小將發(fā)生變化，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6的下半部分).圖中畫出了四種不同的情形：(1).從目鏡觀察到三分視場中與石英片對應的中部為暗區(qū)，與

9、起偏鏡直接對應的兩側為亮區(qū)，三分視場很清晰.當時，亮區(qū)與暗區(qū)的反差最大.(2) .三分視場消失，整個視場為較暗的黃色.(3) .視場又分為三部分，與石英片對應的中部為亮區(qū)，與起偏鏡直接對應的兩側為暗區(qū).當時，亮區(qū)與暗區(qū)的反差最大.(4) .三分視場消失.由于此時OP和OP´在OA軸上的分量比第二種情形時大，因此整個視場為較亮的黃色.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，所以取圖6(2)情形的視場為參考視場，并將此時檢偏鏡偏振化方向所在的位置取作度盤的零點.實驗時，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，這時OP和OP´兩束線偏振

10、光均通過測試管，它們的振動面都轉過相同的角度，并保持兩振動面間的夾角為不變.轉動檢偏鏡使視場再次回到圖6(2)狀態(tài)，則檢偏鏡所轉過的角度就是被測溶液的旋光角.【實驗內容及步驟】1接通旋光儀電源，約5min后待鈉光燈發(fā)光正常，開始實驗。2測定零點位置。1）在沒有放測試管時，調節(jié)望遠鏡調焦手輪，使三分視場清晰。2）調節(jié)度盤轉動手輪，觀察三分視場的變化情況，同時注意檢偏鏡的旋轉方向和度盤轉動手輪的轉動方向之間的關系 。3）當三分視場剛好消失并且整個視場變?yōu)檩^暗的黃色時，記錄下左右兩游標的讀數(shù)、。反復測5次，將數(shù)據(jù)記入表（1）中。4）計算左右兩游標讀數(shù)、的平均值、，填入表（1）中。5）利用公式計算零點

11、位置，并填入表（1）中。3測量蔗糖溶液的濃度（一）（必做內容）1）將裝有待測蔗糖溶液的測試管（未知濃度）放入試管筒內，試管的凸起部分朝上。2）調節(jié)望遠鏡調焦手輪，使三分視場清晰。3）在視場中找到三分視場剛好消失并且整個視場變?yōu)檩^暗黃色的狀態(tài)，記下左右兩游標的讀數(shù)、反復測5次，將數(shù)據(jù)記入表（2）中。4）計算左右兩游標讀數(shù)、的平均值、，填入表（3）中。5）利用公式計算標準溶液的旋光角，并填入表（3）中。6）利用公式計算待測蔗糖溶液的濃度，填入表（3）中?！緮?shù)據(jù)記錄及處理】實驗溫度：表（1）單位：度（°）測量次數(shù)12345平均值零點位置表（2）管長(dm)： 濃度(g/mL)： 旋光率單位：（º）ml(dm·g)測量次數(shù)（°）（°）12345平均值（°）旋光角（°）旋光率待測蔗糖溶液的濃度（g/ml）: 【注意事項】1. 測試管應輕拿輕放，小心打碎.2. 所有鏡片，包括測試管兩頭的護片玻璃都不能用