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旋光仪实验的基本原理和注意事项

来源：时间：2022-12-27 09:12:42 浏览：4037次

旋光仪实验通过研究物质的旋光性，尤其是对它的定量测定，可以获知物质的浓度、含量及纯度等信息，因而测定物质的旋光度，旋光率常常作为物质定量分析的一个重要项目。除物理研究外，这项技术在化学，化工，医学等领域也得到广泛应用。旋光仪线偏振光通过某些物质（尤其是含有不对称碳原子物质，如蔗糖）的溶液或某些晶体（如石英）后，其振动面（偏振面）会旋转一定角度的现象，称为旋光现象，旋转的角度称为旋光度，具有这种性质的物质称为旋光物质。迎着光的传播方向，振动面发生顺时针旋转的，称为右旋物质，振动面发生反时针旋转的，称为左旋物质。

近年流行的液晶显示器，也是利用旋光现象做成的。显示器所用的液晶分子一般是具有棒状结构的偶极分子，制造时，在液晶盒两个外表面贴起偏片和检偏片，对液晶盒的两个内表面进行处理，使盒内的液晶分子成螺旋状排列，光通过这种螺旋结构时，偏振面会发生旋转。当在液晶盒上外加电压时，电场力使偶极分子重新排列，改变了原有的螺旋结构，使旋光率减小或旋光性消失，撤去电场后，靠分子间的作用力，又会恢复螺旋结构。因此，可通过电场控制光线通过液晶的旋光度，进而控制通过检偏片的光强度。若干这种液晶单元组合在一起，由外信号控制每个单元的亮度，就构成了显示器。

【实验目的】

1. 观察旋光现象，了解旋光物质溶液的旋光度、旋光率与浓度的关系

2. 测量不同浓度的蔗糖及果糖溶液的旋光度，绘制旋光曲线，计算旋光率

3. 测量未知浓度蔗糖及果糖溶液的旋光度，根据旋光度和旋光率计算溶液的浓度

【实验原理】

菲涅尔曾提出一种理论对晶体中的旋光现象加以解释。设沿着晶体光轴传播的线偏振光，是由两个沿相反方向旋转的等频率的圆偏振光合成，在旋光晶体中，这两个圆偏振光具有不同的传播速度，导致从晶体出射的光合成振动面的改变，当顺时针旋转的圆偏振光速度较快时，称为右旋物质，当逆时针旋转的圆偏振光速度较快时，称为左旋物质。

晶体的旋光度与光通过的晶体长度L成正比。液体的旋光度正比于溶液的浓度C和光通过的溶液长度L。为比例系数，称为该物质的旋光率。用若干不同浓度的溶液，测得其旋光度，即可作出旋光度－浓度曲线，一般称为旋光曲线。计算该直线的斜率，可以求得溶液的旋光率。

在实际应用里，只要测得未知液体样品的旋光度，可以迅速地从事先绘制的同种物质的“旋光度－浓度曲线”上查出溶液浓度，或求得旋光率后，用计算溶液浓度。

实验表明，旋光率与入射光的波长和溶液的温度有关。同一种旋光物质在一定的温度下，其旋光率与入射光波长成反比，即随着波长的减小而迅速增大，这个现象称为旋光色散。为此在测量液体的旋光率时，必须采用单色光（一般是钠光）。

【实验仪器】

图1 小型旋光仪

图2 WXG-4 小型旋光仪光学结构图

WXG—4 型旋光仪是一种实用仪器，具有调节简单，读数快捷的特点。仪器的实体如图1，光学结构如图2。

从钠光灯射出的光线，经起偏镜变成线偏振光，在半波片（劳伦特石英板装置）处产生三分视场。其原理和视场可用图3说明。在图3中，半波片晶轴方向用Z表示。起偏镜的透振方向用P1表示，检偏镜的透振方向用P2表示，Z与P1之间的夹角θ称为荫视角，一般在2～10度之间。半波片的大小约为视场的三分之一，置于视场中央，偏振方向与半波片光轴夹角为θ的线偏振光经过半波片，出射时仍为线偏振光，但偏振方向绕光轴旋转2θ角，用P1ˊ表示。经过半波片的光（中央部分）与未经过半波片的光（两边部分）虽然都是线偏振光，但偏振方向不同，经检偏镜后，就形成三分视场。