液体旋光率的测定
实验** 液体旋光率的测定
[引言]
线偏振光通过某些物质后，偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。旋转的角度称为旋转角或旋光度，能够使线偏振光振动面发生旋转的物质，称为旋光
物质。面向光源，如果旋光物质使偏振光的振动面沿逆时针方向旋转，称为左旋物质。反之，若使偏振光的振动面沿顺时针方向旋转，称为右旋物质。最早是发现石英晶体有这种
现象，后来相继发现在糖溶液、松节油、硫化汞、氯化钠等液体中和其他一些晶体中都有
旋光现象。旋光仪是测定旋光物质旋光度的仪器，通过对旋光度的测定可确定物质的浓度、纯度、比重、含量等，可供一般的成分分析之用，广泛应用于石油、化工、制药、香料、
制糖及食品、酿造等工业。
[预习提示]
1. 液体的旋光率与哪些物理量有关？
2. 如何确定旋光仪的零度视场？
3. 本实验采用了什么方法测液体的旋光度？
[实验目的]
1. 了解旋光仪的结构、原理及使用。
2．观察旋光物质的旋光现象。
3. 学会用旋光仪测液体的旋光率和浓度。
[实验仪器]
旋光仪，试管，葡萄糖溶液。
[实验原理]
1．起偏镜 2．起偏镜偏振化方向 3．旋光物质
4．检偏镜偏振化方向 5．旋光角 6．检偏镜图**-1 旋光的产生示意图
单色偏振光通过液体旋光物质时，其振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象，如图**-1 所示。振动面旋转的角度与旋光物质的性质、厚度L、浓度C有关，其关系式为：
∆Φ=αCL （**-1）
其中，∆Φ是用波长为λ的偏振光时测得的旋转角度，称为旋光度，单位为度（°）；α为比例系数，称为物质的旋光率。若溶液浓度C的单位为kg·m-3，溶液厚度L的单位
为m，则α的单位为（°）·m2·kg-1。工业上α的单位通常为（°）·cm3·dm-1·g-1。在数值上等于偏振光通过单位长度（1m）、单位浓度（1kg·m-3）的溶液后引起振动
面旋转的角度。
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实验表明，同一旋光物质对不同波长的光有不同的旋光率。在一定温度下，α∝λ，
即旋光率随波长减小而迅速增大，这种现象称为旋光色散。旋光率还与旋光物质的温度有关，如蔗糖水溶液，温度每升高（或降低）1℃，其旋光率约减小（或增加）
0.024°cm³·dm-1·g-1。
旋光率α值可正、可负。面向光源，如果偏振光的振动面沿顺时针方向旋转，则称
为右旋光，旋光率用正值表示。反之，如果振动面沿逆时针方向旋转，则称为左旋光，相
应的旋光率用负值表示。
因为人的眼睛难以准确地判断视场是否最暗，故多采用半荫法比较相邻两光束的强度
是否相等来确定旋光度。若在起偏镜后加一石英晶片，此石英片和起偏镜的一部分在视场
中重叠。随石英片安放的位置不同，可将视场分为二分视场（图**-2（a）所示）或三分
视场（图**-2（b）），同时在石英片旁装上一定厚度的玻璃片，补偿由石英片产生的光
强变化。取石英片的光轴平行于自身表面并与起偏轴成一角度θ（仅几度）。入射光经起偏镜后变成线偏振光，其中一部分光再经过石英片（其厚度恰使在石英片内分成的e 光和
o 光相位差为π的奇数倍，出射的合成光仍为线偏振光）出射，其偏振面相对于入射光
的偏振面转过了2θ，所以进入测试管里的光是振动面间夹角为2θ的两束线偏振光。
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（a）二分视场（b）三分视场图**-2 石英片的两种安装方法图**-3 转动检偏镜时，目镜中视场的亮暗变化图（a）大于或小于零度视场；（b）零度视场；（c）小于
或大于零度视场；（d）全亮视场。
在图**-3中，如果以OP 和OA 分别表示起偏镜和检偏镜，OP′表示透过石英片后偏
振光的振动 2
'分别表示通过起偏镜和起方向，β表示OP 与OA 的夹角，β'表示OP′与OA 的夹角；以AP和AP
'的大小将发生变化，从偏镜加石英片的偏振光在检偏镜轴向的振幅分量；当转动检
偏镜时，AP和AP
目镜中见到的视场将出现亮暗交替变化（图**-3的下半部分）。
图中列出了四种显著不同的情形：
'通过检偏镜观察时，与石英片对应的部分为暗区，与起偏镜对应的部分（a）β'>β、AP>AP
为亮区，视场被分成清晰的二（或三）部分。当β'=π2时，亮暗反差最大。
'通过检偏镜观察时，视场中二（或三）部分界线消失，亮度相等，较暗。（b）
β'=β、AP=AP
'通过检偏镜观察时，视场又被分成清晰的两（或三）部分，与石英片对（c））β'
应的部分为亮区，与起偏镜对应的部分为暗区。当β=π2时，亮暗反差最大。
'通过检偏镜观察时，视场中二（或三）部分界线消失，亮度相等，较亮。（d）
β'=β、AP=AP
由于在亮度不太强的情况下，人眼辨别亮度微小差别的能力较大，所以常取图**-3b
所示的视场作为参考视场（称为零度视场），并将此时检偏镜的偏振轴所指的位置取作刻
度盘的零点。在旋光仪中放上测试管后，透过起偏镜和石英片的两束偏振光均通过测试管，它们的振动面转过相同的角度，并保持两振动面间的夹角2θ不变。如果转动检偏镜，使
视场仍旧回到图**-3b所示的状态（零度视场）。则检偏镜转过的角度即为被测试溶液的
旋光度∆Φ。
[仪器描述
]
图**-4 旋光仪结构示意图
1-光源；2-会聚透镜；3-滤色片；4-起偏镜；5-石英片；6-测试管；
7-检偏镜；8-望远镜物镜；9-刻度盘；10-望远镜目镜；11-刻度盘转动手轮
旋光仪是测量旋光溶液的旋光度∆Φ的仪器，其结构如图**-4所示。测量时，先将旋
光仪中起偏 3
镜4和检偏镜7的偏振轴调成相互正交，即在目镜10中看到最暗的视场；然后装上
测试管6，因旋光现象引起振动面旋转，目镜中的视场变亮，转动检偏镜7，使其变为最暗，此时偏振镜旋转的角度即为管测溶液的旋光度∆Φ。
仪器的读数装置由刻度盘和游标盘组成，其中刻度盘与检偏镜连为一体，利用刻度盘
调节手轮调节。刻度盘上等分为360个格，每格为1°，角游标上等分20个格，其分度为0.05°。为消除刻度盘的偏心差，采用双游标读数，测量时两个游标都读数，取其平均值。
[实验内容]
