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1、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(zhì)后的旋光現(xiàn)象.2.了解旋光儀的結(jié)構(gòu)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
2、播方向之間組成的平面叫振動面.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(chǎn)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(zhì)，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
3、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(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①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②同方位，而與作為檢偏器的偏振片③的偏振化方向④的夾角為.根據(jù)馬呂斯定律，
4、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(zhuǎn)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，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(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).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(zhì)的溶液以后，偏振光的振動面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種
5、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(zhì)的濃度C成正比，即(2)式中稱為該物質(zhì)的旋光率.如果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g／cm3，那么旋光率的單位為（o）cm3／(dm·g).實驗表明，同一旋光物質(zhì)對不同波長的光有不同的旋光率.因此，通常采用鈉黃光(589．3nm)來測定旋光率.旋光率還與旋光物質(zhì)的溫度有關(guān).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)0．024ocm3／(dm·g).因此對于所測的旋光率，
6、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(zhuǎn)，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(zhuǎn)，這種溶液稱為左旋溶液，如轉(zhuǎn)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(guān)，參見附表3―11，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，
7、然后畫出與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，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WXG―4型旋光儀來測量旋光性溶液的旋光角，其結(jié)構(gòu)如圖4所示.為了準確地測定旋光角，儀器的讀數(shù)裝置采用雙游標讀數(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=0．05o，與20分游標卡尺的讀數(shù)方法相似.度盤和檢偏鏡聯(lián)結(jié)成一體，利用度盤轉(zhuǎn)動手輪作粗(小輪)、細(大輪)調(diào)節(jié)
8、.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
