用旋光儀測(cè)旋光性溶液的濃度

1、用旋光儀測(cè)旋光性溶液的濃度【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹坑^察光的偏振現(xiàn)象和偏振光通過(guò)旋光物質(zhì)后的旋光現(xiàn)象了解旋光儀的結(jié)構(gòu)原理，學(xué)習(xí)測(cè)定旋光性溶液的旋光率和濃度的方法進(jìn)一步熟悉用圖解法處理數(shù)據(jù).【實(shí)驗(yàn)儀器】WXG-4型目視旋光儀、標(biāo)準(zhǔn)溶液、待測(cè)溶液、溫度計(jì)【實(shí)驗(yàn)原理】一、偏振光的基本概念根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，光是一種電磁波.光的傳播就是電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁場(chǎng)強(qiáng)度H以橫波的形 式傳播的過(guò)程.而E與H互相垂直，也都垂直于光的傳播方向，因此光波是一種橫波.由于引起視覺(jué)和光 化學(xué)反應(yīng)的是E，所以E矢量又稱為光矢量，把E的振動(dòng)稱為光振動(dòng)，E與光波傳播方向之間組成的平 面叫振動(dòng)面.光在傳播過(guò)程中，光振動(dòng)始終在某一確定方向的光稱

2、為線偏振光，簡(jiǎn)稱偏振光見(jiàn)圖1(。).普 通光源發(fā)射的光是由大量原子或分子輻射而產(chǎn)生，單個(gè)原子或分子輻射的光是偏振的，但由于熱運(yùn)動(dòng)和 輻射的隨機(jī)性，大量原子或分子所發(fā)射的光的光矢量出現(xiàn)在各個(gè)方向的概率是相同的，沒(méi)有哪個(gè)方向的 光振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，這種光源發(fā)射的光不顯現(xiàn)偏振的性質(zhì)，稱為自然光見(jiàn)圖10).還有一種光線，光矢量在 某個(gè)特定方向上出現(xiàn)的概率比較大，也就是光振動(dòng)在某一方向上較強(qiáng)，這樣的光稱為部分偏振光見(jiàn)圖 1(c).圖1 光線隊(duì)紙面內(nèi)垂直 射出時(shí),偏赧光、自然光和部分 偏撮光光振動(dòng)分布的圖示圖圖1 光線隊(duì)紙面內(nèi)垂直 射出時(shí),偏赧光、自然光和部分 偏撮光光振動(dòng)分布的圖示圖2自然光通過(guò)起偏囂和檢偏囂

3、的變化二、偏振光的獲得和檢測(cè)將自然光變成偏振光的過(guò)程稱為起偏，起偏的裝置稱為起偏器常用的起偏器有人工制造的偏振片、 晶體起偏器和利用反射或多次透射（光的入射角為布儒斯特角）而獲得偏振光.自然光通過(guò)偏振片后，所形 成偏振光的光矢量方向與偏振片的偏振化方向（或稱透光軸）一致.在偏振片上用符號(hào)“：”表示其偏振化 方向.鑒別光的偏振狀態(tài)的過(guò)程稱為檢偏，檢偏的裝置稱為檢偏器.實(shí)際上起偏器也就是檢偏器，兩者是通 用的.如圖2所示，自然光通過(guò)作為起偏器的偏振片以后，變成光通量為。的偏振光，這個(gè)偏振光的光 矢量與偏振化方向同方位，而與作為檢偏器的偏振片的偏振化方向的夾角為0 .根據(jù)馬呂斯定律， 。通過(guò)檢偏器后

4、，透射光通量0。=% COS20（1）透射光仍為偏振光，其光矢量與檢偏器偏振化方向同方位.顯然，當(dāng)以光線傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)， 透射光通量。將發(fā)生周期性變化.當(dāng)0 = 0時(shí)，透射光通量最大；當(dāng)0 =90時(shí)，透射光通量為極小值（消光狀態(tài)），接近全暗；當(dāng)。 0 OPJ .從目鏡觀察到三分視場(chǎng)中與石英片對(duì)應(yīng)的中部為暗區(qū)，與起偏鏡直接對(duì)應(yīng)的 兩側(cè)為亮區(qū)，三分視場(chǎng)很清晰.當(dāng)。=兀/2時(shí)，亮區(qū)與暗區(qū)的反差最大.P = P, OPa= OP：.三分視場(chǎng)消失，整個(gè)視場(chǎng)為較暗的黃色.pp,OP OP：.視場(chǎng)又分為三部分，與石英片對(duì)應(yīng)的中部為亮區(qū)，與起偏鏡直接對(duì)應(yīng)的兩 側(cè)為暗區(qū).當(dāng)。=兀/2時(shí)，亮區(qū)與暗區(qū)的反

5、差最大.P = P,OP = OP.三分視場(chǎng)消失.由于此時(shí)OP和OP在OA軸上的分量比第二種情形時(shí)大， 因此整個(gè)視場(chǎng)為較亮的黃色.由于在亮度較弱的情況下，人眼辨別亮度微小變化的能力較強(qiáng)，所以取圖6(2)情形的視場(chǎng)為參考視 場(chǎng)，并將此時(shí)檢偏鏡偏振化方向所在的位置取作度盤(pán)的零點(diǎn).實(shí)驗(yàn)時(shí)，將旋光性溶液注入已知長(zhǎng)度L的測(cè)試管中，把測(cè)試管放入旋光儀的試管筒內(nèi)，這時(shí)OP和 OP兩束線偏振光均通過(guò)測(cè)試管，它們的振動(dòng)面都轉(zhuǎn)過(guò)相同的角度a，并保持兩振動(dòng)面間的夾角為29不 變.轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡使視場(chǎng)再次回到圖6(2)狀態(tài)，則檢偏鏡所轉(zhuǎn)過(guò)的角度就是被測(cè)溶液的旋光角a .【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】1 .接通旋光儀電源，約5min后

6、待鈉光燈發(fā)光正常，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。測(cè)定零點(diǎn)位置。在沒(méi)有放測(cè)試管時(shí)，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場(chǎng)清晰。2）調(diào)節(jié)度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，觀察三分視場(chǎng)的變化情況，同時(shí)注意檢偏鏡的旋轉(zhuǎn)方向和度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)方向之間的關(guān)系。，3）當(dāng)三分視場(chǎng)剛好消失并且整個(gè)視場(chǎng)變?yōu)檩^暗的黃色時(shí)，記錄下左右兩游標(biāo)的讀數(shù)Xoi、以,。反復(fù)測(cè)5次，將數(shù)據(jù)記入表（1）中。 一 .4）計(jì)算左右兩游標(biāo)讀數(shù)a。,、以,的平均值a。，、a0,，填入表（1）中。一，1 /、5）利用公式a = （a , +a,）計(jì)算零點(diǎn)位置，并填入表（1）中。將裝有蒸餾水的測(cè)試管放入旋光儀的試管筒內(nèi)，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦手輪和度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，觀察 是否有旋光現(xiàn)象。測(cè)定旋光

7、性溶液的旋光率1）將裝有蔗糖溶液的測(cè)試管（已知濃度）放入試管筒內(nèi)，試管的凸起部分朝上，以便存放管內(nèi) 殘存的氣泡。2）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場(chǎng)清晰。3）在視場(chǎng)中找到三分視場(chǎng)剛好消失并且整個(gè)視場(chǎng)變?yōu)檩^暗黃色的狀態(tài)，記下左右兩游標(biāo)的讀數(shù)a、a 反復(fù)測(cè)5次，將數(shù)據(jù)記入表（2）中。1i1i . . .4）計(jì)算左右兩游標(biāo)讀數(shù)a卜、a丘的平均值a卜、a ”，填入表（2）中。一一1,一 一、:r-5）利用公式a =元（a -a ） + （a -a ）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)溶液的旋光角，并填入表（2）中。2 1，0,1,0,6）利用公式a =其計(jì)算蔗糖溶液的旋光率，填入表（2）中。m LC5.測(cè)量蔗糖溶液的濃度（一）（

8、必做內(nèi)容）1）將裝有待測(cè)蔗糖溶液的測(cè)試管（未知濃度）放入試管筒內(nèi)，試管的凸起部分朝上。2）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場(chǎng)清晰。3）在視場(chǎng)中找到三分視場(chǎng)剛好消失并且整個(gè)視場(chǎng)變?yōu)檩^暗黃色的狀態(tài)，記下左右兩游標(biāo)的讀數(shù)a、以反復(fù)測(cè)5次，將數(shù)據(jù)記入表（3）中。 TOC o 1-5 h z 2i2i 一 .4）計(jì)算左右兩游標(biāo)讀數(shù)a2i、a2,的平均值a?,、a2,，填入表（3）中。一一1,一 一、:-5）利用公式a =二（a -a ） + （a -a ）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)溶液的旋光角，并填入表（3）中。2 2, 0,2,0,a6）利用公式C =普 計(jì)算待測(cè)蔗糖溶液的濃度，填入表（3）中。 a L6.繪制蔗糖溶液的a

9、 -C曲線、測(cè)量蔗糖溶液的濃度（二）（選做內(nèi)容）1）取四個(gè)測(cè)試管，分別注入實(shí)驗(yàn)前配好的已知濃度的蔗糖溶液，濃度分別用C1、C2、C3、C4 標(biāo)記。2）將濃度為的測(cè)試管放入試管筒內(nèi)不同濃度的溶液，試管的凸起部分朝上。3）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場(chǎng)清晰。4）在視場(chǎng)中找到三分視場(chǎng)剛好消失并且整個(gè)視場(chǎng)變?yōu)檩^暗黃色的狀態(tài)，記下左右兩游標(biāo)的讀數(shù)a 、a 反復(fù)測(cè)5次，將數(shù)據(jù)記入表（4）中。 TOC o 1-5 h z 3i3i一 .5）計(jì)算左右兩游標(biāo)讀數(shù)a3i、a &的平均值a &.、a支，填入表（4）中。1/一 一、: ,6） 利用公式a =;|（a -a ） + （a -a ）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)溶液的旋光角，

10、并填入表（4）中。2 I 3i0i3i 0i7）分別在試管筒內(nèi)放入濃度為C2、C3、C4的蔗糖溶液，重復(fù)上述步驟中的3）、4）、5）、6），分別測(cè)出三種濃度所對(duì)應(yīng)的旋光角a 4、a,、a 6，將數(shù)據(jù)記入表（4）中。8）利用所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制a - C曲線。9）在試管筒內(nèi)放入裝有待測(cè)蔗糖溶液的測(cè)試管，重復(fù)上述步驟中的3）、4）、5）、6），測(cè)出待測(cè)蔗糖溶液的旋光解a。710）對(duì)照a - C曲線，找出與a7對(duì)應(yīng)的濃度值，則該值即為待測(cè)蔗糖溶液的濃度。【數(shù)據(jù)記錄及處理】實(shí)驗(yàn)溫度：表（1）表（2）表(3)單位：度（）管長(zhǎng)(dm): 濃度(g/mL): 管長(zhǎng)(dm): 濃度(g/mL): 旋光率單位：（） ml / （dm g）旋光率單位：（） ml / （dm g）測(cè)量次a測(cè)量次數(shù)a （）a （）測(cè)量次數(shù)a .（） a （）數(shù)0i0i1i2i2i111222333444555平均值平均值平均值零點(diǎn)位()()置旋光角旋光角()()旋光率旋光率管長(zhǎng)(dm)： 管長(zhǎng)(dm)： 1 次數(shù)15旋光率單位：(C2 (g/ml):)ml / (dm g)C 3 (g/ml):C4 (g/ml):平均值()旋光角()待測(cè)溶液待測(cè)蔗糖溶液的濃度(g/ml) :【注意事項(xiàng)】測(cè)試管應(yīng)輕拿輕放，小心打碎.所有鏡片，包括測(cè)試管兩頭的護(hù)片玻璃都不