液体旋光物质的质量浓度测量

1、背景介绍背景介绍 18111811年，法国物理学家阿喇果（年，法国物理学家阿喇果（D. F. J AragoD. F. J Arago）发）发现，当偏振光通过石英晶体时，它的振动面会绕光的传播现，当偏振光通过石英晶体时，它的振动面会绕光的传播方向转过一定的角度。随后（方向转过一定的角度。随后（18151815年），法国物理学家毕年），法国物理学家毕奥（奥（Jean-Baptiste Biot Jean-Baptiste Biot ）在酒石酸中发现相同的现象，）在酒石酸中发现相同的现象，这种现象叫旋光现象。这种现象叫旋光现象。 旋光现象引起人们极大兴趣，近旋光现象引起人们极大兴趣，近200200

2、年来，科学家们年来，科学家们围绕产生旋光现象的原因积极探索，有力地推动了人们对围绕产生旋光现象的原因积极探索，有力地推动了人们对物质结构的认识和有机化学的发展，与此同时，旋光现象物质结构的认识和有机化学的发展，与此同时，旋光现象也在化学、化工、物理、医学等领域有大量应用。也在化学、化工、物理、医学等领域有大量应用。 （1）观察糖溶液的旋光现象；）观察糖溶液的旋光现象； （2）掌握旋光计的使用方法；）掌握旋光计的使用方法； （3）会用旋光仪测糖溶液的旋光度和浓度。）会用旋光仪测糖溶液的旋光度和浓度。（1）什么是线偏振光？什么是自然光？）什么是线偏振光？什么是自然光？线偏振光：线偏振光：如果在如果

3、在垂直垂直于光传播方向的平面内，于光传播方向的平面内，光矢量光矢量只沿一个只沿一个固定的方向振动，这种光称为平面偏振光，或固定的方向振动，这种光称为平面偏振光，或线偏振光线偏振光。光矢量。光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面振动面。自然光自然光：它包括了：它包括了垂直于光波传播方向垂直于光波传播方向的所有可能的振动方向，的所有可能的振动方向，所以不显示出偏振性。所以不显示出偏振性。 自然光自然光偏振光偏振光旋光性物质：旋光性物质：石英晶体、食糖溶液、石英晶体、食糖溶液、酒石酸溶液、松节油、朱砂酒石酸溶液、松节油、朱砂 线偏振光通过某些物质后，偏振

4、光的振动面将旋转一定的角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，这种现象称为度，这种现象称为旋光现象旋光现象。（2）什么是旋光现象？）什么是旋光现象？1）旋光物质的性质）旋光物质的性质;2）旋光物质的厚度）旋光物质的厚度l ;3）旋光物质的质量浓度）旋光物质的质量浓度c;4) 液体旋光物质的溶剂；液体旋光物质的溶剂；5）入射光的波长。）入射光的波长。（3）振动面旋转的角度（旋光度）振动面旋转的角度（旋光度） 与哪些因素有关？与哪些因素有关？lc本实验我们研究本实验我们研究糖水溶液糖水溶液对对钠黄光的旋光度钠黄光的旋光度实验中实验中旋光度旋光度 ，糖水的厚度糖水的厚度 以及以及糖

5、水的质量浓度糖水的质量浓度存在如下关系：存在如下关系：lcl液柱长液柱长 (分米分米)； 为为旋旋光光率率 (度度/分分米米.克克.厘厘米米-3)：数数值值上上等等于于偏偏振振光光通通过过长长度度为为1分分米，米，质质量量浓浓度度为为1g/cm3的的旋旋光光物物质质时时产产生生的的旋旋转转角。角。旋转角度旋转角度 (度度)；（4）旋光仪结构示意图（请说出各器件的功能）旋光仪结构示意图（请说出各器件的功能）4-1）什么是起偏器和检偏器？）什么是起偏器和检偏器？起偏器起偏器(Polarizer)：获得偏振光的器件。：获得偏振光的器件。偏振片：偏振片：是一种常用的起偏器。它有一个特定的方向是一种常用

6、的起偏器。它有一个特定的方向,只让平行只让平行 与该方向的振动通过与该方向的振动通过,这一方向称为这一方向称为透振方向透振方向。检偏器检偏器(Analyzer)：偏振片也可用作检偏器，检验某一束光是：偏振片也可用作检偏器，检验某一束光是否为偏振光。否为偏振光。4-2）什么是半波片？）什么是半波片？双折射双折射是光束入射到各向异性的晶体，分解成振动方向互相是光束入射到各向异性的晶体，分解成振动方向互相垂直、传播速度不同、折射率不等的两种偏振光，此现象即垂直、传播速度不同、折射率不等的两种偏振光，此现象即为双折射为双折射 。 两条折射光线中，一条光遵守普通的折射定律，两条折射光线中，一条光遵守普通

7、的折射定律，称作称作寻常光（或寻常光（或o光）；光）；另一条光不遵守普通的折射定律，称另一条光不遵守普通的折射定律，称作作非常光（或非常光（或e光）。光）。光线和光轴构成的平面称作光线和光轴构成的平面称作主平面主平面。寻常光的振动面寻常光的振动面垂直于垂直于寻常光的主平面；寻常光的主平面；非常光的振动面非常光的振动面则在非常光的主平面内。则在非常光的主平面内。 在各向异性的晶体的某个在各向异性的晶体的某个方向不发生双折射现象，方向不发生双折射现象，该方向为晶体的该方向为晶体的光轴光轴。半波片半波片：用来在偏振光的寻常光与非寻常光分量位相之间，：用来在偏振光的寻常光与非寻常光分量位相之间，产生半

8、波长的光程差或者产生半波长的光程差或者180位相差的延迟板。位相差的延迟板。 起偏片，成为平面偏振光起偏片，成为平面偏振光经过半荫片以经过半荫片以光轴为对称轴光轴为对称轴转过转过2 角角钠光灯钠光灯2半半荫荫片片作作用用检偏器检偏器4-3）半荫片？）半荫片？三分视场半荫片构造三分视场半荫片构造玻玻璃璃玻玻璃璃半半波波片片2AB2AB2AB2AB检偏器透振方向的四个位置检偏器透振方向的四个位置读数位置读数位置试管长试管长L= 2 dm , 室温室温T= 度度检偏器透检偏器透振方向振方向2AB读数位置读数位置1（5）实验方法）实验方法放旋转液体前放旋转液体前放旋转液体后放旋转液体后2AB转动检波片

9、转动检波片读数位置读数位置2检波片自检波片自1号位置至号位置至2号位置转过的角度等号位置转过的角度等于旋光液体使光的偏振面转过的角度于旋光液体使光的偏振面转过的角度调焦旋钮调焦旋钮T检偏器转动手轮检偏器转动手轮实验仪器实验仪器有游标的刻度盘有游标的刻度盘测试管望远镜目镜望远镜目镜 检偏器转动手轮检偏器转动手轮调焦旋钮调焦旋钮T考虑视觉特征，采用半荫片技术检测偏振方向，采用游考虑视觉特征，采用半荫片技术检测偏振方向，采用游标技术读取十分之一度以下角度，采用对称双游标，以标技术读取十分之一度以下角度，采用对称双游标，以消除角度读数盘偏心误差消除角度读数盘偏心误差如图所示，读数装置由刻度盘和如图所示

10、，读数装置由刻度盘和游标盘组成，其中刻度盘与检偏游标盘组成，其中刻度盘与检偏镜连为一体，并在度盘调节手轮镜连为一体，并在度盘调节手轮的驱动下可转动。为了避免刻度的驱动下可转动。为了避免刻度盘的偏心差，盘的偏心差，仪器采用双游标读仪器采用双游标读数数。在游标盘上相隔在游标盘上相隔180度对称度对称地装有左右两个游标，地装有左右两个游标，度盘分度盘分360格，每格格，每格10；游标分；游标分20格，等格，等于度盘的于度盘的19格的角度值因此用格的角度值因此用游标可直接读到游标可直接读到0. .050。测量时两测量时两个游标都读数，取其平均值。个游标都读数，取其平均值。 图 旋光仪读数示意图旋光仪读

11、数旋光仪读数偏心差：偏心差：旋光仪旋光仪刻度盘中心与游标盘中心不能严格重合，从而使刻度盘刻度盘中心与游标盘中心不能严格重合，从而使刻度盘中心与游标盘中心有一定的偏离，导致了偏心差的产生。中心与游标盘中心有一定的偏离，导致了偏心差的产生。四、注意事项四、注意事项1)溶液应装满试管，不能有较大气泡。注意让残留气泡留在溶液应装满试管，不能有较大气泡。注意让残留气泡留在试管中间的凸起部分。试管中间的凸起部分。2)注入溶液后，试管和试管两端透光窗均应擦净才可装上旋注入溶液后，试管和试管两端透光窗均应擦净才可装上旋光仪。光仪。3)只能沿同一方向转动刻度盘转动手轮，以免产生空程误差。只能沿同一方向转动刻度盘转动手轮，以免产生空程误差。4)试管的两端经精密磨制，以保证其长度为确定值，使用时试管的两端经精密磨制，以保证其长度为确定值，使用时应十分小心，以防损坏试管。应十分小心，以防损坏试管。5)所有镜片，包括测试管两头的护片玻璃都不能用手直接揩所有镜片，包括测试管两头的护片玻璃都不能用手直接揩拭，应用柔软的绒布或镜头纸擦拭。拭，应用柔软的绒布或镜头纸擦拭。6) 每次调换溶液，试管应清洁干