实验二旋光仪测定溶液的浓度及旋光度
【实验目的】
1、加深对旋光现象的理解，观察线偏振光通过旋光物质的旋光现象。
2、掌握旋光仪的构造原理和使用方法。
3、测定糖溶液的比旋光率及其浓度。
【实验仪器】
4、1、WXG-4小型旋光仪
5、2、烧杯3、蔗糖4、葡萄糖5、
蒸馆水6、物理天平7、玻璃棒8、温
度计等。
【实验原理】
光是电磁波,它的电场和磁场矢量互相
垂直，且又垂直于光的传播方向。
通常用电
矢量代表光矢量，并将光矢量与光的传播方
向所构成的平面称为振动面。
在传播方向垂
直的平面内，光矢量可能有各种各样的振动
状态,被称为光的偏振态。
若丸晞矢量方向是
任意的,且各方向上光矢量大小的时间平均
值是相等的，这种光称为自然光。
若光矢量可
以采取任何方向，但不同的方向其振幅不同，某一方向振动的振幅最强，而与该方向垂直的方向振动最弱，则称为部分偏振光。
若光矢量的方向始终不变，只是其振幅随位相改变‘光矢量的末端轨迹是一条直线，则称为线偏振光。
当线偏振光通过某些透明物质(例如糖溶液)后，偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这种现象称为庞光现象a旋转直角度Cp祢另旋光度口能使其振动面旋转的物质称为旋光性物质c旋光性物质不仅限于像糖溶液、松节油等液体，还包括石英、朱砂等具有旋光性质的固体。
不同的旋光性物质可使偏振光的振动面向不同方向旋转。
若面对光源，使振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质；使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质。
实验证明，对某一旋光溶液，当入射光的波长给定时，旋光度CP与偏振光通过溶液的长度I和溶液的浓度C成正比，即
(!> = acl(1) 式中旋光度(P弾位为“度：偏振光通过溶液的长度I的单位为dm ,溶液浓度的单位为g •加/为该物质的比旋光率，它在数值上等于偏振光通过单位长度(m)单位浓度(£・〃")的溶液后引起的振动面的旋转角度。
其单位为度・mbdm-l*g-l由于测量时的温度及所用波长对物质的比瓣茹厳都有影响，因而应当标明测量比旋光率时所用波长及测量时的温度。
例如【如5893,66・5。
，它表明在测量温度为50。
，所用光源的波长为5893A时，该旋光物质的比旋光率为66.5%
若已知某溶液的比旋光率，且测出溶液试管的长度丨和旋光度5可根据式1求岀待测溶液的浓度，即
图1旋光仪示意图
光源:2-会聚透镜；3■滤色片;4-起偏镜；5■石英片:&测试管:
7
-检偏峨：8■塑远镜物镜;9■刻度盘:10■塑远傥目镜:11-刻度盘转动F
物质的旋光性测量的简单原理如图2所示。
首先将起偏镜与检偏镜的偏振方 向调到正交，我们观察到视场最暗。
然后装上待测旋光溶液的试管，因旋光溶液 的振动面的旋转，视场变亮，为此调节检偏镜，再次使视场调至最暗，这时检偏 镜所转过的角度，即为待测溶液的旋光度。
//
” ■' 光源
溶液
//
01
图2 物质的旋光性测量简图
由于人们的眼睛很难准确地判断视场是否全暗，因而会引起测量误差。
为 此该旋光仪采用了三分视场的方法来测量旋光溶液的旋光度。
从旋光仪目镜中观 察到的视场分为三个部
分，一般情况下，中间部分和两边部分的亮度不同。
当转
通常溶液的浓度用100ml 溶液中的溶质克数来表示，此时上式改写成
」一xlOO 何；
在糖溶液浓度已知的情况下，测出溶液试管的长度丨和旋光度® 算出该溶液比旋光率，即
[a]>4xl0
°
cl
就可以计
(4)
旋光仪的结构如图1
动检偏镜时，中间部分和两边部分将出现明暗交替变化。
图
15-3中列出四种典 型情况，即（a ）中央为暗区，两边为亮区；（b ）三分视界消失，视场较暗；（c ） 中间为亮区，两边为暗区；（d ）三分视界消失.视场较亮。
由于在亮度不太强的情况下，人眼辨别亮度微小差别的能力较大，所以常取 图3 （b ）所示的视场为参考视场。
并将此时检偏镜的位置作为刻度盘的零点， 故称该视场为零度视场。
当放进了待测旋光液的试管后，由于溶液的旋光性，使线偏振光的振动面旋 转了一定角度，使零度视场发生了变化，只有将检偏镜转过相同的角度.才能再 次看到图3 （b ）所示的视场，这个角度就是旋光度，它的数值可以由刻度盘和 游标上读出。
【实验步骤】
1.溶液的配置
使用天平配置一定浓度的标准溶液，溶液的浓度由各个小组自由配置，测量 后算出溶液的旋光度，待测溶液可由已测量过的标准溶液加入不定量的糖（葡萄 糖）或蒸镭水调制而成。
2 •调整旋光仪
中间为暗区两 三分视界消失
边为亮区
视场较暗
(a)
(b)
图3 转动检偏镜时,
中间为亮区两 三分视界消失 边为暗区
视场较亮
(c) (d)
目镜中视场明暗变化
•测量葡萄糖标准溶液及未知浓度溶液，方法及表格请参考步骤和。
【实验数据】
本实验所用试管长度10.0cm 零点误差为0 实验室温度22.50C 葡萄糖：
l・5g蔗糖+50ml蒸镭水
葡萄糖；
由H得剛=召
a葡=5.19/ (3/30 * 10.0)二5.19o
未知溶液的濃度：
C 未知二cp/ai=7.01/ (5.19*10) =0.135g/ml
蔗糖:
a蔗糖=1.9/ (1.5/50 * 10.0) =6.33o
未知蔗糖溶液的濃度：
C 未知二(p/ai=1.2/ (6.33*10) =0.0190g/ml
10分鐘后：
C 未知二cp/ai=1.19/ (6.33*10) =0.0188g/ml
20分鐘后:
C 未知二(p/ai=1.225 (6.33*10) =0.0194g/ml
30分鐘后：
C 未知二cp/ai=1.125/ (6.33*10) =0.1266g/ml
【实验结论】
通过旋光仪仪器我们可以检测出葡萄糖溶液的旋光度为5.190,蔗糖溶液的旋光度为6.330。
且可以通过此旋光度反推溶液的浓度。
在做未知蔗糖浓度的眩光实验时，当眩光液停放的时间越久(由于钠光灯发光发热)时，通过旋光度反推出来的溶液浓度越来越大，
暨溶质的溶解量越来越大。
可推出物质的最大溶解度与温度有光。
1.配置溶液时要注意天平的使用方法和溶液搅拌的方式。
2.每一种溶液配制时不要超过25ml o
3.溶液注满试管，旋上螺帽，两端不能有气泡，螺帽不宜太紧•以免玻璃窗受力而发生双折射，引起误差。
4.注入溶液后，试管及其两端均应擦拭干净方可放入旋光仪。
5.在测量中应维持溶液温度不变。
试管的两端经精密磨制，以保证其长度为确定值，使用要十分小心，以防损坏试管。
6.试管中溶液不应有沉淀，否则应更换溶液。
每次调换溶液，试管应清洁一一先用蒸镭水荡涤试管，然后再用少许将要测试的溶液荡涤，并同上法操作。
7.实验完毕后务必将所用过的试管、烧杯、玻璃棒等用具置于镂空盘中用水冲洗干净！并将糖归置于防潮柜中。
【思考题】
1 -测量糖溶液浓度的基本原理。
答：由对于某一眩光溶液，当入射光的波长给定时，旋光度e与偏振光通过溶
液的长度|和溶液的浓度c成正比，暨
O=acl
所以只要知道溶液的比眩光率，且测出溶液试管的长度丨和旋光度（P即可计算出糖的浓度。
2.什么是旋光现象、比旋光率？比旋光率与哪些因素有关？
答：当线偏振光通过某些透明物质（例如糖溶液）后，偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这种现象称为旋光现象。
旋转的角度（P称为旋光度。
比眩光率与物质本身性质、环境温度、照射波长等有光。
2.什么叫左旋物质和右旋物质?如何判断。
面对光源，使振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质；使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质。