液體旋光物质的浓度测量.docVIP

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) 式中l是以分米（dm）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1cm31g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。专门用来测量糖溶液质量浓度的旋光计，称作糖量计。1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，N1为起偏器，N2为检偏器；N2可以旋转，旋转角度从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。 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∥N1 时，A区域亮，B区域暗；当N2N1时，A区域暗，B区域亮；当N2//OC时，OC为∠A1OA2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∠A1OA2的平分线OC垂直。这样，N2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φ01和φ02，则零点位置为 (4-12-2) 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c。 【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.:143-147 [2] 陈玉林?李传起?. 大学物理实验[M]: 科学出版社, 2003.:157-161 [3] 彭瑞明.大学物理实验[M]: