實(shí)驗(yàn)十五 用旋光儀測(cè)糖溶液的濃度

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1、實(shí)驗(yàn)十五用旋光儀測(cè)糖溶液的濃度實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.觀察線(xiàn)偏振光通過(guò)旋光物質(zhì)所發(fā)生的旋光現(xiàn)象。2.學(xué)習(xí)旋光儀的使用方法，用旋光儀測(cè)定糖溶液的濃度。教學(xué)要求1．熟悉光的偏振的基本規(guī)律。2．了解旋光物質(zhì)的旋光性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)器材WXG-4小型旋光儀，燒杯，蔗糖，蒸餾水。光是電磁波，它的電場(chǎng)和磁場(chǎng)矢量互相垂直，且又垂直于光的傳播方向。通常用電矢量代表光矢量，并將光矢量與光的傳播方向所構(gòu)成的平面稱(chēng)為振動(dòng)面。在傳播方向垂直的平面內(nèi)，光矢量可能有各種各樣的振動(dòng)狀態(tài)，被稱(chēng)為光的偏振態(tài)。若光的矢量方向是任意的，且各方向上光矢量大

2、小的時(shí)間平均值是相等的，這種光稱(chēng)為自然光。若光矢量可以采取任何方向，但不同的方向其振幅不同，某一方向振動(dòng)的振幅最強(qiáng)，而與該方向垂直的方向振動(dòng)最弱，則稱(chēng)為部分偏振光。若光矢量的方向始終不變，只是它的振幅隨位相改變，光矢量的末端軌跡是一條直線(xiàn)，則稱(chēng)為線(xiàn)偏振光。當(dāng)線(xiàn)偏振光通過(guò)某些透明物質(zhì)（例如糖溶液）后，偏振光的振動(dòng)面將以光的傳播方向?yàn)檩S線(xiàn)旋轉(zhuǎn)一定角度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為旋光現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)的角度φ稱(chēng)為旋光度。能使其振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱(chēng)為旋光性物質(zhì)。旋光性物質(zhì)不僅限于像糖溶液、松節(jié)油等液體，還包括石英、朱砂等具有旋光

3、性質(zhì)的固體。不同的旋光性物質(zhì)可使偏振光的振動(dòng)面向不同方向旋轉(zhuǎn)。若面對(duì)光源，使振動(dòng)面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱(chēng)為右旋物質(zhì)；使振動(dòng)面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱(chēng)為左旋物質(zhì)。偏振光在國(guó)防、科研和生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用：海防前線(xiàn)用于了望的偏光望遠(yuǎn)鏡，立體電影中的偏光眼鏡，分析化學(xué)和工業(yè)中用的偏振計(jì)和量糖計(jì)都與偏振光有關(guān)。激光光源是最強(qiáng)的偏振光源，高能物理中同步加速器是最好的X射線(xiàn)偏振源。隨著新概念的飛躍發(fā)展，偏振光成為研究光學(xué)晶體、表面物理的重要手段。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)某一旋光溶液，當(dāng)入射光的波長(zhǎng)給定時(shí)，旋光度φ與偏振光通過(guò)

4、溶液的長(zhǎng)度l和溶液的濃度c成正比，即（15-1）式中旋光度φ的單位為“度”，偏振光通過(guò)溶液的長(zhǎng)度l的單位為dm，溶液濃度的單位為。為該物質(zhì)的比旋光度，它在數(shù)值上等于偏振光通過(guò)單位長(zhǎng)度（dm）、單位濃度（）的溶液后引起的振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)角度。其單位為度·ml·dm-1·g–1。由于測(cè)量時(shí)的溫度及所用波長(zhǎng)對(duì)物質(zhì)的比旋光度都有影響，因而應(yīng)當(dāng)標(biāo)明測(cè)量比旋光度時(shí)所用波長(zhǎng)及測(cè)量時(shí)的溫度。例如=66.5°，它表明在測(cè)量溫度為500C，所用光源的波長(zhǎng)為5893時(shí)，該旋光物質(zhì)的比旋光度為66.50。若已知某溶液的比旋光

5、度，且測(cè)出溶液試管的長(zhǎng)度l和旋光度φ，可根據(jù)式15-1求出待測(cè)溶液的濃度，即（15-2）通常溶液的濃度用100ml溶液中的溶質(zhì)克數(shù)來(lái)表示，此時(shí)上式改寫(xiě)成（15-3）在糖溶液濃度已知的情況下，測(cè)出溶液試管的長(zhǎng)度l和旋光度φ，就可以計(jì)算出該溶液比旋光度，即（15-4）操作步驟1.調(diào)整旋光儀(1)接通電源，開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)，約五分鐘后，鈉光燈發(fā)光正常，便可使用。(2)調(diào)節(jié)旋光儀調(diào)焦手輪，使其能觀察到清晰的三分視場(chǎng)。(3)轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡，觀察并熟悉視場(chǎng)明暗變化的規(guī)律，掌握零度視場(chǎng)的特點(diǎn)是測(cè)量旋光度的關(guān)鍵。零度視場(chǎng)

6、即三分視界線(xiàn)消失，三部分亮度相等，且視場(chǎng)較暗。(4)檢查儀器零位是否正確。在試管未放入儀器前，掌握雙游標(biāo)的讀法，觀察零度視場(chǎng)的位置與零位是否一致。若不一致，說(shuō)明儀器有零位誤差，記下此時(shí)讀數(shù)。重復(fù)測(cè)定零位誤差三次，取其平均值。注意應(yīng)在讀數(shù)中減去（有正負(fù)之分）。2.測(cè)定旋光溶液的比旋光度(1)實(shí)驗(yàn)室事先將制備好的標(biāo)準(zhǔn)溶液注滿(mǎn)試管。(2)將試管放入旋光儀的槽中，轉(zhuǎn)動(dòng)度盤(pán)，再次觀察到零度視場(chǎng)時(shí)，讀取，重復(fù)三次求出平均值。算出旋光度。(3)將φ、l、c代入式15-4，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)溶液的比旋光度。并注意標(biāo)明測(cè)量

7、時(shí)所用的波長(zhǎng)和測(cè)量時(shí)的溫度。3.測(cè)量糖溶液的濃度將長(zhǎng)度已知，性質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)溶液相同，而溶液濃度未知的溶液試管，放入旋光儀中，測(cè)量其旋光度φ。將測(cè)得的旋光度φ、溶液試管長(zhǎng)度l和前面測(cè)出的比旋光度代入式15-3，求出該溶液的濃度c。注意事項(xiàng)1．溶液注滿(mǎn)試管，旋上螺帽，兩端不能有氣泡，螺帽不宜太緊，以免玻璃窗受力而發(fā)生雙折射，引起誤差。2．試管兩端均應(yīng)擦干凈方可放入旋光儀。3．在測(cè)量中應(yīng)維持溶液溫度不變。4．試管中溶液不應(yīng)有沉淀，否則應(yīng)更換溶液。問(wèn)題討論1．測(cè)量糖溶液濃度的基本原理?2．什么叫左旋物質(zhì)和右旋

8、物質(zhì)?如何判斷?附錄一、WXG-4小型旋光儀WXG-4小型旋光儀光路如圖15-1所示。12345678910111213圖15-1旋光儀的光學(xué)系統(tǒng)1.光源；2.毛玻璃；3.聚光鏡；4.濾色鏡；5.起偏鏡；6.半波片；7.試管；8.檢偏鏡；9.物、目鏡組；10.讀數(shù)放大器；11.調(diào)焦手輪；12.度盤(pán)與游標(biāo)；13.度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪物質(zhì)的旋光性測(cè)量的簡(jiǎn)單原理如圖15-2所示。首先將起偏鏡與檢偏鏡的偏振化方向調(diào)到正交，我們觀察到視場(chǎng)最暗。然后裝上待測(cè)旋光溶液的試管，因旋光溶液的振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)，視