測定溶液的旋光率和濃度
工作原理：
線偏振光通過某些物質后，偏振光的振動面將旋轉一定的角度ϕ ，這種現象稱為旋光現象。旋轉的角度ϕ 稱為旋轉角或旋光度，能夠使線偏振光振動面發生旋轉的物質，稱為旋光物質。面向光源，如果旋光物質使偏振光的振動面沿逆時針方向旋轉，稱為左旋物質。反之，若使偏振光的振動面沿順時針方向旋轉，稱為右旋物質。
振動面旋轉的角度ϕ 與其所通過旋光物質的厚度成正比。
1．對固體，旋光度ϕ 為：
ϕ =αL
式中 L 為旋光物質通光方向的厚度，單位為mm；α為光線通過通過1mm 厚固體時振動面旋轉的角度，稱為該物質的旋光率。
2．對溶液或液體，旋光度ϕ 不僅與光線在液體中通過的距離L 有關，還與其濃度成正比。即
ϕ =α·C·L
式中α是該溶液的旋光率，它在數值上等于偏振光通過單位長度（1 分米）、單位濃度（每毫升溶液中含有1 克溶質）的溶液后引起振動面旋轉的角度。
3．同一旋光物質對不同波長的光有不同的旋光率，在一定的溫度下，它的旋光率與入射光波長λ的平方成反比，即隨波長的減少而迅速增大，這現象稱為旋光色散。考慮到這一情況，通常采用鈉黃光的D 線（λ=589.3 鈉米）來測定旋光率。若已知待測旋光性溶液的濃度 C 和液體層厚度L，則測出旋光度ϕ 就可算出其旋光率。顯然，在液體層厚度L 不變時，如果依次改變濃度C，測出相應的旋光度ϕ ，然后畫出ϕ ~C 曲線——旋光曲線，則得到一條直線，其斜率為α·L。從該直線的斜率也可以算出旋光率α。反之，通過測量旋光性溶液的旋光度，可確定溶液中所含旋光物質的濃度。通常可根據測出的旋光度從該物質的旋光曲線上查出對應的濃度。在這里，我們忽略了溫度和溶液濃度對于旋光率的影響，實際上旋光率α與溫度和濃度均有關。例如，在20C0 時，對于黃光D 線糖水溶液的旋光率為：
α20=66.412+0.012670C-0.000376C2
其中百分濃度：C=0~50（克/100cm3 溶液）。
當溫度 t 偏離20 C0，在14~30C0 時，其旋光率溫度變化的關系為：
αt=α20[1-0.00037(t-20)]
大體上，在20 C0 附近，溫度每升高1 C0，糖水溶液的旋光率約減少或增加0.24。
操作方法：
先將旋光儀中起偏鏡 4 和檢偏鏡7 的偏振面調到相互正交，這時在目鏡10 中看到最暗的現場；然后裝上測試管6，轉動檢偏鏡，使因偏振面旋轉而變亮的視場重新達到最暗，此時檢偏鏡的旋轉角度即表示被測溶液的旋光度。因為人的眼睛難以準確地判斷視場是否最暗，故多采用半蔭法比較相鄰兩光束的強度是否相等來確定旋光度。若在起偏鏡后再加一石英晶片，此石英片和起偏鏡的一部分在視場中重迭。隨石英片安放的位置不同，可將視場分為兩部分（圖1a 所示）或三部分（圖1b)，同時在石英片旁裝上一定厚度的玻璃片，補償由石英片產生的光強變化。取石英片的光軸平行于自身表面并與起偏軸成一角度θ（僅幾度）。有光源發出的光經起偏鏡后變成線偏振光，其中一部分光再經過石英片（其厚度恰使在石英片內分成e 光和o 光的相差為π的奇數倍，出射的合成光仍為線偏振光），其偏振面相對與入射光的偏振面轉過了2θ，所以進入測試管里的光是振動面間的夾角為2θ的兩束線偏振光。
圖一
圖二
在圖 2 中，如果以OP 和OA 分別表示起偏鏡和檢偏鏡，OP′表示透過石英片后偏振光的振動方向，β表示OP 與OA 的夾角，β′表示OP′與OA 的夾角；再以AP 和AP′分別表示通過起偏鏡和檢偏鏡加石英片的偏振光在檢偏鏡軸方向的分量；則由圖2 可知，當轉動檢偏鏡時，AP 和AP′的大小將發生變化，反映在從目鏡中見到的視場上將出現亮暗交替變化（圖2的下半部分），圖中列出顯著不同的情形：
（a）β′>β、AP>AP′通過檢偏鏡觀察時，與石英片對應的部分為暗區，與起偏鏡對應的部分為亮區，視場被分成清晰的兩（或三）部分。當β′=π/2 時，亮暗反差最大。
（b）β′=β、AP=A P′通過檢偏鏡觀察時，視場中兩（或三）部分界線消失，亮度相等，較暗。
（c）β′<β、AP<A P′通過檢偏鏡觀察時，視場又被分成清晰的兩（或三）部分，與石英片對應的部分為亮區，與起偏鏡對應的部分為暗區。當β=π/2 時，亮暗反差最大。
（d）β′=β、AP=A P′通過檢偏鏡觀察時，視場中兩（或三）部分界線消失，亮度相等，較亮。
由于在亮度不太強的情況下，人眼辨別亮度微小差別的能力較大，所以常取（b）所示的視場作為參考視場，并將此時檢偏的偏振軸所指的位置取作刻度盤的零點。在旋光儀中放上測試管后，透過起偏鏡和石英片的兩束偏振光均通過測試管，它們的振動面轉過相同的角度ϕ ，并保持兩振動面間的夾角2θ不變。如果轉動檢偏鏡，使視場仍舊回到圖2（b）所示的狀態。則檢偏鏡轉過的角度即為被測試溶液的旋光度。
注意事項：
1．溶液應裝滿試管，不能有氣泡；
2．注入溶液后，試管和試管兩端透光窗均應擦凈才可裝上旋光儀；
3．試管的兩端經精密磨制，以保證其長度為確定值，使用時應十分小心，以防損壞試管；
4．為降低測量誤差，測定旋光度ϕ 時應重復測5 次，取平均值；
5．每次調換溶液，試管應清潔，并同上法操作。
標簽：
旋光儀 旋光率
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