液體旋光物質(zhì)的濃度測量

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1、實驗4-12液體旋光物質(zhì)的濃度測量【實驗?zāi)康摹?．理解旋光原理；2．掌握旋光計的使用方法；3．測量糖溶液的濃度。【實驗原理】平面偏振光在某些晶體內(nèi)沿光軸方向傳播時，雖然沒有發(fā)生雙折射，但透射光的振動面相對于原入射光的振動面旋轉(zhuǎn)了一定的角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象，能使振動面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱為旋光性物質(zhì)。后來實驗發(fā)現(xiàn)，某些液體也具有旋光性。石英晶體、食糖溶液、酒石酸溶液等都是旋光性較強的物質(zhì)。當(dāng)迎著光的傳播方向觀察時，振動面沿順時針方向旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱為右旋物質(zhì)；使振動面沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱為左旋物質(zhì)。實驗表明，振動面旋轉(zhuǎn)的角度與其所通過旋光性物質(zhì)的厚度成正比。若為溶液，又正比于溶液的質(zhì)量濃度，即(

2、4-12-1)圖4-12-11.底座；2.電源；3.檢偏器與度盤轉(zhuǎn)動手輪；4.放大鏡座；5.視度調(diào)節(jié)螺旋；6.度盤游標(biāo)；7試管筒；8.試管筒蓋；9.筒蓋把手；10.連接圈；11.燈罩；12.燈座；13.電源插頭式中l(wèi)是以分米（dm）為單位的液柱長；c為溶液的質(zhì)量濃度，代表每立方厘米溶液中所含溶質(zhì)的質(zhì)量（質(zhì)量以克為單位）；ρ為物質(zhì)的旋光率，它在數(shù)值上等于偏振光通過1dm長的液柱在1cm3溶液中含有1g旋光物質(zhì)時所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角。純蔗糖溶液在20°C時，對于鈉黃光，經(jīng)多次測定確認(rèn)ρ=66.5°cm3/dm·g。因此，若測出蔗糖溶液的旋轉(zhuǎn)角φ和液柱長l，即可求出蔗糖溶液的質(zhì)量濃度c?！緝x器介紹】專門

3、用來測量糖溶液質(zhì)量濃度的旋光計，稱作糖量計。WXG型旋光計的外形結(jié)構(gòu)如圖4-12-1所示。旋光計構(gòu)造原理如圖4-12-2所示。旋光計中的光源S是鈉光燈。F為固定的聚光鏡；N1和N2皆為尼科耳棱鏡，N1為起偏器，N2為檢偏器；N2可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度從N2所附的刻度盤R上讀出；圖4-12-2D為半蔭片（一半是普通玻璃，一半是石英半波片；或兩旁為玻璃，中間為石英半波片。如圖4-12-3所示。圖4-13-3H為盛放待測溶液的管子；T為短焦距望遠(yuǎn)鏡。鈉光燈S發(fā)出的光通過聚光鏡F后，照射到起偏器N1上，光線經(jīng)N1后成為平面偏振光，其偏振面與N1的主截面平行，圖4-12.4參看圖4-12-4。該平面偏振光

4、在通過半蔭片D時，一部分光線從玻璃中透過，一部分光線從石英半波片中透過，通過玻璃的那一部分光的偏振面不變，仍與N1的主截面平行，設(shè)其振動方向為OA1，而通過石英半波片的那一部分光的振動面卻轉(zhuǎn)過了一角度，設(shè)其振動方向為OA2。當(dāng)管子H中沒有溶液時，由半蔭片透出的兩束光射到檢偏器N2之前，振動方向不發(fā)生任何改變。旋轉(zhuǎn)檢偏器N2，并通過望遠(yuǎn)鏡T觀察，會看到以下幾種情形：當(dāng)N2∥N1時，A區(qū)域亮，B區(qū)域暗；當(dāng)N2N1時，A區(qū)域暗，B區(qū)域亮；當(dāng)N2//OC時，OC為∠A1OA2的平分線，A.B兩區(qū)域照度相同，并且照度較強；當(dāng)N2⊥OC時，A.B兩區(qū)域照度相同，但照度較弱。通常，取N2⊥OC的位置作為標(biāo)

5、準(zhǔn)來進行調(diào)節(jié)。這是因為人眼在一定范圍內(nèi)，對于弱照度的變化較敏感，而且在此位置，只要N2相對于OC略有偏轉(zhuǎn)，兩區(qū)域之一將明顯變亮，另一區(qū)域?qū)⒚黠@變暗，因此，易于判別，測量更準(zhǔn)確。當(dāng)管子H中盛有蔗糖溶液時，振動面OA1和OA2都將轉(zhuǎn)過一定角度，而變?yōu)镺A1'和OA2'如圖4-12-5所示。圖4-12-5欲再使整個視場處于弱照度一樣，必須將N2旋轉(zhuǎn)到N2'位置，使N2'與∠A1'OA2'的平分線OC'垂直。這樣，N2轉(zhuǎn)過的角度，即為平面偏振光振動面的旋轉(zhuǎn)角，這一角度又可從附于N2上的刻度盤R讀出，從而算出被測蔗糖溶液的質(zhì)量濃度?！緦嶒瀮?nèi)容】1．測定旋光計的零點將空管H放入旋光計中，并點亮鈉燈約10

6、分鐘，待完全發(fā)出鈉黃光后，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡T，使能清楚地看到視場中的分界線，然后轉(zhuǎn)動檢偏器N2,直至整個視場中A、B兩區(qū)域弱照度相等。用目鏡筒兩側(cè)安放的放大鏡，從左、右兩刻度盤上分別讀出數(shù)值φ01和φ02，則零點位置為(4-12-2)重復(fù)10次，求其平均值。2．用蒸餾水洗滌管子H后，裝入待測濃度的糖溶液，要裝滿，盡量使管內(nèi)無氣泡，若有氣泡，在把管子放入旋光計里面時，應(yīng)使氣泡在管子凸起部位。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡T，使能清楚地看到視場中的分界線，然后轉(zhuǎn)動檢偏器N2，使視場中A、B兩區(qū)域的弱照度再次相等，記錄左右兩度盤上的讀數(shù)。用與上述相同的方法計算出此時的角位置φ'。重復(fù)10次，求其平均值。3．由，代入公式，即

7、可算出此溶液的質(zhì)量濃度c?！咀⒁馐马棥繙y量時溶液的溫度應(yīng)保持在20℃，當(dāng)溫度超過時20℃，則相對于20℃，溫度每升高1℃，ρ值中的66.50°應(yīng)相應(yīng)減去0.02°作為修正值?！舅伎碱}】1．如何用實驗方法確定旋光物質(zhì)是左旋還是右旋物質(zhì)？2．旋轉(zhuǎn)檢偏器還存在一個視場亮度相同，但照度較強的位置，為何不選該位置的視場作為零度視場？【參考文獻】[1]國克喜.實驗光學(xué)[M].濟南:山東大學(xué)出版社,2003.8:143-1