偏振、旋光实验

偏振、旋光实验实验目的】1、理解偏振光的产生和检测方法；2、观察旋光现象，了解旋光物质的旋光性质；3、测定糖溶液的旋光率和浓度的关系；4、组装旋光仪，熟悉旋光仪的原理和使用方法 实验仪器】图 1 偏振光旋光实验仪1、半导体激光器（S）, 2、起偏器及转盘P, 3、样品管调节架（R）, 4样品试管5、检偏器及转盘P2，6、光强探测器（硅光电池T）, 7、光功率计（I）注意事项1、半导体激光器的功率较大，不要用眼睛直接观察激光束。2、半导体激光器不可直接入射探测器，避免损坏探测器。3、测量时光功率计的量程一般置于01.999mw,实验中可根据实验需 要再调整到01999.9 “w图中P为起偏器，卩2为检偏器，S为半导体激光器（波长九=650 nm ）, R 为盛放待测溶液的玻璃试管,由半导体激光器发出的部分偏振光经起偏器 P1后变为线偏振光，在放入待测溶液前先调整检偏器P2，, P2与P1的偏振 化方向垂直，透过P2的光最暗，功率计示值重新变最小。当放入待测溶液 后，由于旋光作用，透过检偏器P2的光由暗变亮，功率计示值变大。再旋 转检偏器P2,使功率计示值重新变最小，所旋转的角度就是旋转角9，这样 就可以求出待测液体浓度。图 2 实验装置【实验原理】线偏振光通过某些物质的溶液后，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。旋转的角度称为该物质的旋光度。通常用旋光仪来 测量物质的旋光度。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液 的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。当其它条件均固 定时，旋光度。与溶液浓度C呈线性关系，即e = pC（1）上式中，比例常数p与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度及光的波长等有关， C 为溶液的浓度。 物质的旋光能力用比旋光度即旋光率来度量，旋光率用下式表示：a t =（2）九l - C（2）式中，at右上角的t表示实验时温度（单位：。C）,九是指旋光仪采九用的单色光源的波长（单位：nm）, e为测得的旋光度（。），1为样品管的长 度（单位： dm）， C 为溶液浓度（单位： g/100mL）。由（2）式可知： 、偏振光的振动面是随着光在旋光物质中向前进行而逐渐旋转的，因而振 动面转过角度e透过的长度1成正比。 、振动面转过的角度e不仅与透过的长度1成正比，而且还与溶液浓度C 成正比。如果已知待测溶液浓度C和液柱长度1，只要测出旋光度e就可以计算 出旋光率。如果已知液柱长度1为固定值，可依次改变溶液的浓度c,就可 以测得相应旋光度e。并作旋光度e与浓度的关系直线e c，从直线斜率、 液桩长度1及溶液浓度c,可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性溶液的旋光度。，确定溶液的浓度C。旋光性物质还有右旋和左旋之分。当面对光射来方向观察，如果振动面 按顺时针方向旋转，则称右旋物质；如果振动面向逆时针方向旋转，称左旋 物质。表1给出了一些药物在温度t =20 C,偏振光波长为钠光 九589.3nm（相当于太阳光中的D线）时的旋光率。表 1 某些药物的旋光率（单位：（。） g-1 cm3 dm-1）药名L 20九药名九果糖-91.9桂皮油-1+1葡萄糖+52.5+53.0蓖麻油+50以上樟脑（醇溶液）+41+43维生素+21+22蔗糖+65.9氯霉素-20-17山道年（醇溶液）-175-170薄荷闹-50-49【实验内容】1、观察光的偏振现象在光具座上先将半导体激光器发出的激光束与起偏器、光功率计探头调 节成等高同轴。调节起偏器转盘，使输出偏振光最强（半导体激光器发出的 是部分偏振光）。再将检偏器放在光具座的滑块上，使检偏器与起偏器等高 同轴（检偏器与起偏器平行）。调节检偏器转盘使从检偏器输出光强为零（一 般调不到零，只能调到最小），此时检偏器的透光轴与起偏器的透光轴相互 垂直，继续调节检器转盘，使从检偏器输出光强再次为零或者最小，分别读 出这两次光强为零时检偏器转盘的读数，应该相差180。2、观察葡萄糖水溶液的旋光特性将样品管（内有葡萄糖溶液）放于支架上，用白纸片观察偏振光入射至 样品管的光点和从样品管出射光点形状是否相同，以检验玻璃是否与激光束 等高同轴。调节检偏器转盘，观察葡萄糖溶液的旋光特性，是右旋还是左旋。3、用自己组装的旋光仪测量葡萄糖水溶液的浓度将已经配置好的装有不同的容积克浓度（单位：g/100mL）的葡萄糖 水溶液的样品管放到样品架上，测出不同浓度C下旋光度。值。并同 时记录测量环境温度t和记录激光波长九。葡萄糖水溶液的浓度配制成 C0、C0/2、C0/4、C0/8， 0（纯水，浓度为 零），共5种试样，浓度C0取30%左右为宜。分别将不用浓度溶液注入相同 长度的样品试管中。测量不同浓度样品的旋光度（多次测量取平均）。用最小二乘法对旋光度、溶液浓度进行直线拟合（可以将c0作为1个单 位考虑），计算出葡萄糖的旋光率。也可以以溶液浓度为横坐标，旋光度为纵坐标，绘出葡萄糖溶液的旋光直 线，由此直线斜率代入公式（2）,求得葡萄糖的旋光率at。650表 2 不同浓度溶液的旋光度的测量测量角度浓度（g. cm-3）旋光度9 （。）旋光度平均值9_ （。）123456COC0/2Co/4Co/80 （纯水）4、测未知浓度的葡萄糖溶液样品的浓度用旋光仪测出未知浓度的葡萄糖溶液样品的旋光度，再根据旋光直线确 定其浓度。5、测量果糖溶液的旋光率（选做）【思考题】1、什么是旋光现象？物质的旋光度与哪些因素有关？物质的旋光率怎么定 义？2、如何用实验的方法确定旋光物质是左旋还是右旋？3、为何用检偏器透过光强为零（消光）的位置来测量旋光度，而不用检偏 器透过光强为最大值（片和P2透光轴平行）位置定旋光度？