用旋光儀測旋光性溶液的濃度

1、用旋光儀測旋光性溶液的濃度【實驗?zāi)康摹?.察看光的偏振現(xiàn)象和偏振光經(jīng)過旋光物質(zhì)后的旋光現(xiàn)象.2.認(rèn)識旋光儀的構(gòu)造原理，學(xué)習(xí)測定旋光性溶液的旋光率和濃度的方法.3.進(jìn)一步熟習(xí)用圖解法辦理數(shù)據(jù).【實驗儀器】WXG-4型目視旋光儀、標(biāo)準(zhǔn)溶液、待測溶液、溫度計【實驗原理】一、偏振光的基本觀點依據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，光是一種電磁波.光的流傳就是電場強度E和磁場強度H以橫波的形式流傳的過程.而E與H相互垂直，也都垂直于光的流傳方向，所以光波是一種橫波.因為惹起視覺和光化學(xué)反響的是E，所以E矢量又稱為光矢量，把E的振動稱為光振動，E與光波流傳方向之間構(gòu)成的平面叫振動面.光在流傳過程中，光振動一直在某一確立

2、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)射的光是由大批原子或分子輻射而產(chǎn)生，單個原子或分子輻射的光是偏振的，但因為熱運動和輻射的隨機(jī)性，大批原子或分子所發(fā)射的光的光矢量出此刻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，這類光源發(fā)射的光不展現(xiàn)偏振的性質(zhì)，稱為自然光見圖1(b).還有一種光芒，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、偏振光的獲取和檢測將自然光變?yōu)槠窆獾倪^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(光的入射角為布儒斯特角)而獲取偏振光.

3、自然光經(jīng)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.鑒識光的偏振狀態(tài)的過程稱為檢偏，檢偏的裝置稱為檢偏器.實質(zhì)上起偏器也就是檢偏器，二者是通用的.如圖2所示，自然光經(jīng)過作為起偏器的偏振片此后，變?yōu)楣馔繛?的偏振光，這個偏振光的光矢量與偏振化方向同方向，而與作為檢偏器的偏振片的偏振化方向的夾角為.依據(jù)馬呂斯定律，0經(jīng)過檢偏器后，透射光通量0cos2（1）透射光仍為偏振光，其光矢量與檢偏器偏振化方向同方向.明顯，當(dāng)以光芒流傳方向為軸轉(zhuǎn)動檢偏器時，透射光通量將發(fā)生周期性變化.當(dāng)0時，透射光通量最大；當(dāng)90時，透射光通量為極小值(

4、消光狀態(tài))，靠近全暗；當(dāng)090時，透射光通量介于最大值和最小值之間.但相同對自然光轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動檢偏器時，透射光通量有變化但沒有消光狀態(tài).所以依據(jù)透射光通量的變化，就能夠劃分偏振光、自然光和部分偏振光.三、旋光現(xiàn)象偏振光經(jīng)過某些晶體或某些物質(zhì)的溶液此后，偏振光的振動面將旋轉(zhuǎn)必定的角度，這類現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象.如圖3所示，這個角稱為旋光角.它與偏振光經(jīng)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mLC(2)式中m稱為該物質(zhì)的旋光率.假如L的單位用dm，濃度C定義為在1cm3溶液內(nèi)溶質(zhì)的克數(shù)，單位用gcm3，那么旋光率m的單位為（o）cm3(

5、dmg).實驗表示，同一旋光物質(zhì)對不一樣波長的光有不一樣的旋光率.所以，往常采納鈉黃光(5893nm)來測定旋光率.旋光率還與旋光物質(zhì)的溫度相關(guān).如關(guān)于蔗糖水溶液，在室溫條件下溫度每高升(或降低)1，其旋光率約減小(或增添)0024ocm3(dmg).所以關(guān)于所測的旋光率，一定說明丈量時的溫度.旋光率還有正負(fù)，這是因為迎著射來的光芒看去，假如旋光現(xiàn)象使振動面向右(順時針方向)旋轉(zhuǎn)，這類溶液稱為右旋溶液，如葡萄糖、麥芽糖、蔗糖的水溶液，它們的旋光率用正當(dāng)表示.反之，假如振動面向左(逆時針方向)旋轉(zhuǎn)，這類溶液稱為左旋溶液，如轉(zhuǎn)變糖、果糖的水溶液，它們的旋光率用負(fù)值表示.嚴(yán)格來講旋光率還與溶液濃度相

6、關(guān)，拜見附表311，在要求不高的狀況下，此項影響能夠忽視.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，就能夠由(2)式算出旋光率m.也能夠在液柱長L不變的條件下，挨次改變濃度C，測出相應(yīng)的旋光角，而后畫出與C的關(guān)系圖線(稱為旋光曲線)，它基本是條直線，直線的斜率為mL，由直線的斜率也可求出旋光率m.反之，在已知某種溶液的旋光曲線時，只需丈量出溶液的旋光角，就能夠從旋光曲線上查出對應(yīng)的濃度.【實驗儀器介紹】用WXG4型旋光儀來丈量旋光性溶液的旋光角，其構(gòu)造如圖4所示.為了正確地測定旋光角，儀器的讀數(shù)裝置采納雙游標(biāo)讀數(shù)，以除去度盤的偏愛差.度盤平分360格，分度值1，角游標(biāo)的分度數(shù)n=

7、20,所以，角游標(biāo)的分度值i=n=005o，與20分游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法相像.度盤和檢偏鏡聯(lián)絡(luò)成一體，利用度盤轉(zhuǎn)著手輪作粗(小輪)、細(xì)(大輪)調(diào)理.游標(biāo)窗前裝有供讀游標(biāo)用的放大鏡.儀器還在視場中采納了半蔭法比較兩束光的亮度，其原理是在起偏鏡后邊加一塊石英晶體片，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必定厚度的玻璃片，以賠償因為石英片的汲取而發(fā)生的光明度變化，石英片的光軸平行于自己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?yōu)槠窆猓酥幸徊糠衷俳?jīng)過石英片，石英是各向異性晶體，光芒經(jīng)過它將發(fā)生雙折射.能夠證明，厚度適合的石

8、英片會使穿過它的偏振光的振動面轉(zhuǎn)過2角，這樣進(jìn)入測試管的光是振動面間的夾角為2的兩束偏振光.在圖6中,OP表示經(jīng)過起偏鏡后的光矢量，而OP則表示經(jīng)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軸上的重量分別為OPA和OPA.轉(zhuǎn)動檢偏鏡時，OPA和OPA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).圖中畫出了四種不一樣的情況：(1),OPAOPA.從目鏡察看到三分視場中與石英片對應(yīng)的中部為暗區(qū)，與起偏鏡直接對應(yīng)的雙側(cè)為亮區(qū)，三分視場很清楚.當(dāng)/2時，亮區(qū)與暗區(qū)的反差最大.(2),OPAOPA

9、.三分視場消逝，整個視場為較暗的黃色.(3),OPAOPA.視場又分為三部分，與石英片對應(yīng)的中部為亮區(qū)，與起偏鏡直接對應(yīng)的兩側(cè)為暗區(qū).當(dāng)/2時，亮區(qū)與暗區(qū)的反差最大.(4),OPAOPA.三分視場消逝.因為此時OP和OP在OA軸上的重量比第二種情況時大，所以整個視場為較亮的黃色.因為在亮度較弱的狀況下，人眼鑒識亮度細(xì)小變化的能力較強，所以取圖6(2)情況的視場為參照視場，并將此時檢偏鏡偏振化方向所在的地點取作度盤的零點.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(nèi)，這時OP和它們的振動面都轉(zhuǎn)過相同的角度，并保持兩振動面間的夾角為2不OP兩束線偏振光均經(jīng)過測試管，變

10、.轉(zhuǎn)動檢偏鏡使視場再次回到圖6(2)狀態(tài)，則檢偏鏡所轉(zhuǎn)過的角度就是被測溶液的旋光角.【實驗內(nèi)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測定零點地點。1）在沒有放測試管時，調(diào)理望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場清楚。2）調(diào)理度盤轉(zhuǎn)著手輪，察看三分視場的變化狀況，同時注意檢偏鏡的旋轉(zhuǎn)方向和度盤轉(zhuǎn)著手輪的轉(zhuǎn)動方向之間的關(guān)系。3）當(dāng)三分視場恰好消逝而且整個視場變?yōu)檩^暗的黃色時，記錄下左右兩游標(biāo)的讀數(shù)0i、0i。頻頻測5次，將數(shù)據(jù)記入表（1）中。4）計算左右兩游標(biāo)讀數(shù)0i、0i的均勻值0i、0i，填入表（1）中。15）利用公式0(0i0i)計算零點地點，并填入表（1）中。23將裝有蒸

11、餾水的測試管放入旋光儀的試管筒內(nèi)，調(diào)理望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦手輪和度盤轉(zhuǎn)著手輪，察看能否有旋光現(xiàn)象。4測定旋光性溶液的旋光率1）將裝有蔗糖溶液的測試管（已知濃度）放入試管筒內(nèi)，試管的突出部分向上，以便寄存管內(nèi)殘余的氣泡。2）調(diào)理望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場清楚。3）在視場中找到三分視場恰好消逝而且整個視場變?yōu)檩^暗黃色的狀態(tài)，記下左右兩游標(biāo)的讀數(shù)1i、1i頻頻測5次，將數(shù)據(jù)記入表（2）中。4）計算左右兩游標(biāo)讀數(shù)1i、1i的均勻值1i、1i，填入表（2）中。5）利用公式1(0i)(1i0i)計算標(biāo)準(zhǔn)溶液的旋光角，并填入表（2）中。11i26）利用公式am1計算蔗糖溶液的旋光率，填入表（2）中。LC5丈量蔗糖溶

12、液的濃度（一）（必做內(nèi)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(nèi)，試管的突出部分向上。2）調(diào)理望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場清楚。3）在視場中找到三分視場恰好消逝而且整個視場變?yōu)檩^暗黃色的狀態(tài)，記下左右兩游標(biāo)的讀數(shù)2i、2i頻頻測5次，將數(shù)據(jù)記入表（3）中。4）計算左右兩游標(biāo)讀數(shù)2i、2i的均勻值2i、2i，填入表（3）中。5）利用公式21(2i0i)(2i0i)計算標(biāo)準(zhǔn)溶液的旋光角，并填入表（3）中。26）利用公式C2計算待測蔗糖溶液的濃度，填入表（3）中。amL6繪制蔗糖溶液的C曲線、丈量蔗糖溶液的濃度（二）（選做內(nèi)容）1）取四個測試管，分別注入實驗前配好的已知濃度的蔗糖溶液，

13、濃度分別用C1、C2、C3、C4標(biāo)志。2）將濃度為C1的測試管放入試管筒內(nèi)不一樣濃度的溶液，試管的突出部分向上。3）調(diào)理望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場清楚。4）在視場中找到三分視場恰好消逝而且整個視場變?yōu)檩^暗黃色的狀態(tài)，記下左右兩游標(biāo)的讀數(shù)3i、3i頻頻測5次，將數(shù)據(jù)記入表（4）中。5）計算左右兩游標(biāo)讀數(shù)3i、3i的均勻值3i、3i，填入表（4）中。6）利用公式31(3i0i)(3i0i)計算標(biāo)準(zhǔn)溶液的旋光角，并填入表（4）中。27）分別在試管筒內(nèi)放入濃度為C2、C3、C4的蔗糖溶液，重復(fù)上述步驟中的3）、4）、5）、6），分別測出三種濃度所對應(yīng)的旋光角4、5、6，將數(shù)據(jù)記入表（4）中。8）利用所

14、得實驗數(shù)據(jù)繪制C曲線。9）在試管筒內(nèi)放入裝有待測蔗糖溶液的測試管，重復(fù)上述步驟中的3）、4）、5）、6），測出待測蔗糖溶液的旋光解7。10）比較C曲線，找出與7對應(yīng)的濃度值，則該值即為待測蔗糖溶液的濃度?！緮?shù)據(jù)記錄及辦理】實驗溫度：表（1）單位：度（）表（2）管長(dm)：旋光率單位：（濃度(g/mL)：o）ml(dmg)表（3）管長(dm)：旋光率單位：（濃度(g/mL)：o）ml(dmg)丈量次丈量次數(shù)1i（）1i（）丈量次數(shù)（）（）數(shù)0i2i0i2i111222333444555均勻值均勻值均勻值零點位（）（）置旋光角旋光角（）（）旋光率旋光率表（4）管長(dm)：旋光率單位：（o）ml(dmg)C1(g/ml):C2(g/ml):C3(g/ml):C4待測(g/ml):次數(shù)溶液12345均勻值（）旋光角（）待測蔗糖溶液的濃度（g