液体旋光物质的浓度测量.doc
4页
实验 4-12 液体旋光物质的浓度测量【实验目的】1．理解旋光原理；2．掌握旋光计的使用方法；3．测量糖溶液的浓度实验原理】平面偏振光在某些晶体内沿光轴方向传播时，虽然没有发生双折射，但透射光的振动面相对于原入射光的振动面旋转了一定的角度，这种现象称为旋光现象，能使振动面旋转的物质称为旋光性物质后来实验发现，某些液体也具有旋光性石英晶体、食糖溶液、酒石酸溶液等都是旋光性较强的物质当迎着光的传播方向观察时，振动面沿顺时针方向旋转的物质称为右旋物质；使振动面沿逆时针方向旋转的物质称为左旋物质实验表明，振动面旋转的角度与其所通过旋光性物质的厚度成正比若为溶液，又正比于溶液的质量浓度 ，即(4-12-1) lc式中 l 是以分米（dm）为单位的液柱长；c 为溶液的质量浓度，代表每立方厘米溶液中所含溶质的质量（质量以克为单位） ；ρ 为物质的旋光率，它在数值上等于偏振光通过 1dm 长的液柱在 1cm3 溶液中含有 1g 旋光物质时所产生的旋转角纯蔗糖溶液在 20°C 时，对于钠黄光，经多次测定确认 ρ = 66.5°cm3/dm·g因此，若测出蔗糖溶液的旋转角 φ 和液柱长 l，即可求出蔗糖溶液的质量浓度 c。
仪器介绍】专门用来测量糖溶液质量浓度的旋光计，称作糖量计WXG 型旋光计的外形结构如图 4-12-1 所示旋光计构造原理如图 4-12-2 所示旋光计中的光源 S 是钠光灯F 为固定的聚光镜； N1 和 N2 皆为尼科耳棱镜，N 1 为起偏器， N2 为检偏器；N 2 可以旋转，旋转角度图 4-12-11.底座；2.电源；3.检偏器与度盘转动手轮；4.放大镜座；5.视度调节螺旋；6.度盘游标；7 试管筒；8.试管筒盖；9.筒盖把手；10.连接圈；11.灯罩；12.灯座；13.电源插头图 4-12.4从 N2 所附的刻度盘 R 上读出； D 为半荫片（一半是普通玻璃，一半是石英半波片；或两旁为玻璃，中间为石英半波片如图 4-12-3 所示H 为盛放待测溶液的管子；T 为短焦距望远镜钠光灯 S 发出的光通过聚光镜 F后，照射到起偏器 N1 上，光线经 N1 后成为平面偏振光，其偏振面与 N1 的主截面平行，参看图 4-12-4图 4-12-2图 4-13-3该平面偏振光在通过半荫片 D 时，一部分光线从玻璃中透过，一部分光线从石英半波片中透过，通过玻璃的那一部分光的偏振面不变，仍与 N1 的主截面平行，设其振动方向为 OA1，而通过石英半波片的那一部分光的振动面却转过了一角度，设其振动方向为 OA2。
当管子 H 中没有溶液时，由半荫片透出的两束光射到检偏器 N2 之前，振动方向不发生任何改变旋转检偏器 N2，并通过望远镜 T 观察，会看到以下几种情形：当 N2∥N 1 时，A 区域亮，B 区域暗；当 N2 N1 时，A 区域暗，B 区域亮；当 N2//OC 时， OC 为∠A 1OA2 的平分线，A.B 两区域照度相同，并且照度较强；当 N2⊥OC 时， A.B 两区域照度相同，但照度较弱通常，取 N2⊥OC 的位置作为标准来进行调节这是因为人眼在一定范围内，对于弱照度的变化较敏感，而且在此位置，只要 N2 相对于 OC 略有偏转，两区域之一将明显变亮，另一区域将明显变暗，因此，易于判别，测量更准确当管子 H 中盛有蔗糖溶液时，振动面 OA1 和 OA2 都将转过一定角度，而变为OA1' 和 OA2'如图 4-12-5 所示欲再使整个视场处于弱照度一样，必须将 N2 旋转到 N2'位置，使 N2'与∠A 1'OA2'的平分线 OC'垂直这样，N 2 转过的角度，即为平面偏振光振动面的旋转角，这一角度又可从附于 N2 上的刻度盘 R 读出，从而算出被测蔗糖溶液的质量浓度实验内容】1．测定旋光计的零点将空管 H 放入旋光计中，并点亮钠灯约 10 分钟，待完全发出钠黄光后，调节望远镜 T，使能清楚地看到视场中的分界线，然后转动检偏器 N2,直至整个视场中A、B 两区域弱照度相等。
用目镜筒两侧安放的放大镜，从左、右两刻度盘上分别读出数值 φ 01 和 φ 02，则零点位置为图 4-12-5 (4-12-2)2010重复 10 次，求其平均值2．用蒸馏水洗涤管子 H 后，装入待测浓度的糖溶液，要装满，尽量使管内无气泡，若有气泡，在把管子放入旋光计里面时，应使气泡在管子凸起部位调节望远镜T，使能清楚地看到视场中的分界线，然后转动检偏器 N2，使视场中 A、B 两区域的弱照度再次相等，记录左右两度盘上的读数用与上述相同的方法计算出此时的角位置 φ ' 重复 10 次，求其平均值3．由 ，代入公式 ，即可算出此溶液的质量浓度 c0lc【注意事项】测量时溶液的温度应保持在 20℃，当温度超过时 20℃，则相对于 20℃，温度每升高 1℃，ρ 值中的 66.50°应相应减去 0.02°作为修正值思考题】1．如何用实验方法确定旋光物质是左旋还是右旋物质？2．旋转检偏器还存在一个视场亮度相同，但照度较强的位置，为何不选该位置的视场作为零度视场？【参考文献】[1] 国克喜. 实验光学[M]. 济南 : 山东大学出版社, 2003.8:143-147[2] 陈玉林, 李传起 . 大学物理实验[M]. 北京: 科学出版社, 2003.8:157-161[3] 彭瑞明.大学物理实验[M]. 广州: 华南理工大学出版社, 2006.2:144-148。
