旋光性溶液濃度的測量

旋光性溶液濃度的測量第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三一、開篇設問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、旋光效應有何應用？第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三偏振電磁波、聲波是橫波，它們的（電、磁、機械）振動方向與傳播方向垂直，光波是一種電磁波，也是橫波。單一的橫波其振動有一個明確的方向，這種現(xiàn)象稱為偏振，這個方向稱為偏振方向。傳播方向傳播方向振動方向振動方向第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三偏振光一束自然光是由多個獨立的光波構成，它們的振動方向各不相同傳播方向自然光振動方向第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三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方向，稱為偏振光。傳播方向自然光振動方向振動方向偏振光起偏器第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三二、背景介紹1911年，法國物理學家阿喇果（D.F.JArago）發(fā)現(xiàn)，當偏振光通過石英晶體時，它的振動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。

旋光效應引起人們極大興趣，近200年來，圍繞產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的原因、機理，科學家們的探索，有力地推動了對物質(zhì)結構的認識和有機化學的發(fā)展，與此同時，旋光現(xiàn)象也在化學、化工、物理、醫(yī)學等領域有了大量應用。本實驗就是要應用旋光效應，測旋光物質(zhì)的濃度。第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三三、實驗原理偏振光通過旋光物質(zhì)后，偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)振動方向振動方向振動方向第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三二、實驗原理振面旋轉(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?。振動方向振動方向振動方向Φ?Φ=α?cα稱為旋光率，與溫度有關透明旋光物質(zhì)光在旋光物質(zhì)中的行程振動面旋轉(zhuǎn)的角度第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三三、實驗原理振面旋轉(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?。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。第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三測量系統(tǒng)準直旋光物質(zhì)起偏器檢偏器光源準直系統(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)準置系統(tǒng)：將來自光源的發(fā)散光準直為平行光，以保證有足夠的光能和穩(wěn)定的光束通過后續(xù)系統(tǒng)。結構參見《平行光管實驗》起偏器：將準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：其實是另一個檢偏器，當偏振光的偏振方向與其起偏方向垂直時，完全沒有光通過，而平行時有最大的光能通過。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，采用半蔭片技術檢測偏振方向，采用游標技術讀取十分之一度以下角度，采用對稱雙游標，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三半蔭片技術偏振方向判斷可以通過觀察輸出光亮度隨檢偏器旋轉(zhuǎn)是否達到最亮或最暗來實現(xiàn)，最亮時輸出光的偏振方向與檢偏器起騙方向相同，最暗時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。半蔭片技術就是利用人的這一視覺特點，半蔭片技術就是利用人的這一視覺特點，將視場分成有明確界線的不同區(qū)域，通過光學技術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，或平行第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三半蔭片技術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第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三四、實驗儀器準直旋光物質(zhì)起偏器檢偏器光源準直系統(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，采用半蔭片技術檢測偏振方向，采用游標技術讀取十分之一度以下角度，采用對稱雙游標，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三四、實驗儀器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償片6.測試管7.檢偏鏡8.望遠鏡物鏡9.刻度盤10.望遠鏡目鏡第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三四、實驗儀器有游標的刻度盤測試管望遠鏡目鏡刻度盤轉(zhuǎn)動手輪第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三五、實驗內(nèi)容1、利用濃度已知的糖溶液，測糖的旋光率α。2、利用糖的濃度與偏振光旋轉(zhuǎn)角度的關系，測糖的濃度c

。第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三操作步驟1、旋光儀接220v交流電源，開啟后預熱5分鐘，待納光燈正常發(fā)光。2、校驗零點位置。在沒有放測試標本試管時，調(diào)節(jié)望遠鏡調(diào)焦手輪，使三分視場清晰。調(diào)節(jié)刻度盤轉(zhuǎn)動手輪，使視場亮度一致（為全暗視場）。從刻度盤的兩個游標上讀數(shù)，將讀數(shù)相加除以2作為測量的結果。反復測量3次取平均質(zhì)，確定零位誤差數(shù)值，對以后的測量值進行校正。3、放入濃度已知的糖溶液試管，測定糖的旋光率，反復測6次。4、放入濃度未知的糖溶液試管，測量6組數(shù)據(jù)，計算溶液的濃度，估算不確定度，寫出結果表達。第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三數(shù)據(jù)處理1．數(shù)據(jù)

1234560.30.20.10.400.31616.61716.917.217.319.319.718.618.418.719無試管Φ0已知Φ1未知Φ2次數(shù)=0.21度=16.83度=18.95度第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三數(shù)據(jù)處理2．數(shù)據(jù)處理第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三六、設計案例準直旋光物質(zhì)起偏器檢偏器光源準直系統(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，采用半蔭片技術檢測偏振方向，采用游標技術讀取十分之一度以下角度，采用對稱雙游標，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三七、最新進展機理：旋光性介質(zhì)具有角動量，光也具有角動量。當光通過該透明介質(zhì)時，可以得到部分介質(zhì)的角動量而使光的轉(zhuǎn)動動能增加。

在有機物之中的旋光效應可以理解為，具有手性碳原子的化合物其角動量才可以使光的轉(zhuǎn)動動能增加，使其光軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)。第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三七、最新進展應用：用于化學工業(yè)、醫(yī)院、科研單位，用來測定含有旋光性的有機物質(zhì)，如糖溶液、松節(jié)油、樟腦等幾千種活性物質(zhì)，確定它們的比重、純度、濃度與含量。例如：用于食品工業(yè)：檢驗含糖量和測定食品調(diào)味品之淀粉含量；用于臨床及醫(yī)院：測定尿中含糖量及蛋白質(zhì)；用于糖廠：檢驗生產(chǎn)過程中糖溶液濃度；用于藥物香料工業(yè)：測定藥物香料油之旋光性。

信息光學中運用旋光性實現(xiàn)光信息的可控處理，例如運用晶體旋光效應實現(xiàn)近場光學空間濾波第二十二頁，共二十四頁，編輯于2023