旋光效应实验报告.doc

旋光效应 摘要：通过旋光仪利用光的偏振特性来测量旋光物质对振动转过角度来测量了溶液的溶度。并分析各因素对此实验的影响。 关键词：三分视场；旋光角；溶度 中图分类号O432 文献标识码A 一. 引言 1911年，阿喇果（D. F. JArago）发现，当线偏振光通过某些透明物质时，它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。这种现象就叫旋光效应，光的振动面转过的角度称为旋光度，使光的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质（进一步地，迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质叫右旋物质，反之则为左旋物质）。常见的旋光物质有：石英、朱砂、酒石酸、食糖溶液、松节油等。利用旋光仪可以测定这些物质的比重、纯度或浓度。二. 实验原理及内容 2.1 实验原理 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。如果已知待测物质浓度C和液柱长度，只要测出旋光度就可以计算出旋光率。如果已知液柱长度为固定值，可依次改变溶液的浓度C，就可测得相应旋光度。并作旋光度与浓度的关系直线，从直线斜率、长度及溶液浓度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。 对于晶体一类的旋光物质，旋光度Q与光所透过的晶体厚度成正比；若为溶液，则正比于溶液在玻璃管中的长度L和溶液的浓度C： Q=CL. （1）式中的比例系数称为旋光率，其含义为当L=10cm, c=1g/cm3时光振动方向转过的角度（对糖溶液而言，与入射光波长及温度T有关，对某些物质还与物质的浓度有关）。实验采用钠灯作为光源，实验过程中通常温度变化很小，可以忽略。玻璃管长度L已知，转角Q需要测量出来，这样，根据已知浓度C即可算旋光率，再根据已知的即可测定未知糖溶液浓度C。 2.2 实验仪器其中，起偏镜4和检偏镜7由透明的尼科耳棱镜制成；钠黄光经聚光镜3和起偏镜4后成为与尼科耳棱镜透振方向平行的线偏振光。半影片5两侧是透明玻璃，中间为由石英制成的对钠黄光的/2波片，三者粘在一起形成平面圆片，以产生三分视场。于是，线偏振光分别经石英晶体和两侧玻璃后成为夹角为2（为/2波片的快轴与起偏镜透振方向之间的夹角）的两束线偏振光，如图3中P石英和P玻璃所示。在未放入糖溶液试管情况下，随着检偏器的转动，目镜中将看到的三分视场的变化如图3所示，（a）：中部暗、两侧较亮，视场分界线清晰；（b）：三分视场的界线消失，全视场为很暗的黄色；（c）：中部较亮、两侧很暗，视场分界线清晰；（d）：三分视场的界线消失，整个视场呈亮黄色。 2.3 实验步骤1. 在未放入待测物质时，转动度盘手轮，应将检偏器透光方向转向图3（b）中“P检”所示位置，即三分视场刚消失且整个视场变为较暗的黄色时，看度盘和游标是否在零线上；若不一致，应分别记录两边的初始值，作为零位误差。 2. 将糖溶液试管放入试管筒。此时，由半影片出射的两束线偏振光的夹角虽然仍为2，但通过糖溶液后它们的振动面都沿同一方向转过了相同的角度Q。于是转动检偏镜使视场再次回到图3（b）所示的状况，则检偏镜所转过的角度Q即为被测糖溶液的旋光度。每支试管各作三次测量（取平均），每次测量都须记录左右游标读数。 3. 利用测得的旋光率测量未知糖溶液浓度。将未知浓度的糖溶液试管放入旋光仪中，测旋光度三次取平均。 2.4 数据记录与处理 零位误差： 左 0 右 0试管长度L/dm浓度c/读数Q/()平均值/()旋光度/()Q=比旋光度平均值123左右左右左右10.1429.559.609.509.559.309.409.489.4866.7667.34218.7518.8018.9519.0018.9018.9518.8918.8966.512.221.4021.5021.4021.5521.4521.6021.4821.4868.76c5.505.605.755.805.705.755.685.68C=0.042按公式计算旋光度按公式计算未知糖溶液浓度三 讨论与思考1. 本实验用的糖溶液是何种旋光物质？ 右旋物质：迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质。在调节转动手轮时，我们是顺时针转动的，由此可见光的振动面也是顺时针转动的。2. 在旋光度的测量中为什么要对零点进行校正？可否用蒸馏水来进行校正？ 旋光仪的零点校正可以保证仪器的精准性，可以让我们清晰地了解糖溶液在何时旋光性降为0，在实验中我们用蒸馏水来测定旋光仪的零点校正，这是因为蒸馏水是没有旋光性的，以蒸馏水的旋光度作为0点就能够知道蔗糖在何时旋光度降至零。3. 为什么要选择亮度相等的暗视场进行读数？ 由于人眼判断两个区域的暗度是否相同比判断亮度是否相同要灵敏得多。4. 为什么用三分视场的方法？是否可以用其他方法来做试验？ 三部分亮度一致当放进存有被测溶液的试管后，由于溶液具有旋光性，使平面偏振光旋转了一个角度，零度视场便发生了变化。转动检偏镜一定角度，能再次出现亮度一致的视场。三分视场是光与暗的交界，人眼能够清晰的观测其变化。 可以不用三分视场来测量，但是由于人眼对光的灵敏度比较差，很难识别光的微弱变化，实验测量就会变得很困难，且结果不会很准确。5.半影片中石英两侧的玻璃的厚度有无要求？为什么？ 石英片两侧配以一定厚度的玻璃片（尽量厚），目的之一是为补偿因石英片吸收引起的光强差别。6. 置糖溶液试管前后,通过旋光仪目镜所观察到的视场为什么在清晰程度上有差别?能否调清晰？ 第一，也是最大的可能，焦距没有调好，调节旋光仪的焦距即可。 第二，光路上的几个玻璃片所在的位置上沾有污物，擦干净即可。 第三，光路上有气泡，将气泡赶到样品管的凸起部位7. 仪器对试验测量是否有影响？ 换用一台试验仪器后试验的数据变化 零位误差： 左 0、05 右 0 试管长度L/dm浓度c/读数Q/()平均值/()旋光度/()Q=比旋光度平均值123左右左右左右10.1429.209.309.209.259.259.309.259.2765.2866.43218.5518.6018.7018.7518.6018.8018.6718.6965.812.221.2021.3021.2021.3521.2521.4521.2921.3168.21c5.655.805.755.855.755.805.775.79C=0.043比较两台仪器测出的不同值，发现有偏差，两次浓度值的误差是2.4%，属于微小误差范围内。而且就旋光角的测量来说，比较不同长度的实验结果发现：长度越长，偏差越小。这是系统误差，不可避免的。8. 温度对试验的影响100ml常温9.559.609.509.559.309.40加热后9.559.659.509.559.359.40200ml常温18.7518.8018.9519.0018.9018.95加热后18.9019.0019.0019.0018.9519.00由表格我们可以看出加热后试验数据的测量是偏大的，而且比较100ml的和200ml的，我们认为长度越长的试验效果越明显，总而言之温度对旋光角是有影响的：T越高，Q越大。9. 试管中有气泡对试验的影响220ml常态21.4021.5021.4021.5521.4521.60明显大气泡20.9520.9020.8520.9520.8020.90由表格中的试验数据来看，气泡会影响数据，使其测量结果偏小。我们推测这是由于气泡的存在影响了长度L，缩短了长度，由于Q正比于L，所以Q值测量偏小。四 结语 试验后，我们对于旋光效应的理解更深透了（旋光效应的简单解释：旋转透明介质具有角动量，光也具有角动量。当光通过旋转透明介质时，可以得到部分旋转透明介质的角动量而使光的转动动能增加），了解了旋光物质，旋光度等。 通过这次的实验，我们了解了旋光仪工作原理并且熟悉掌握了其使用方法。同时我们也发现了用旋光仪测量溶液的浓度的实验有较多的影响因素：系统误差，温度，样品是否有气泡等。在保证实验精准度的前提下，要求我们选取常温下无气泡的样品多次测量取平均。参考文献1. 李相银等. 大学物理实验（第二版）M.北京：高等教育出版社，20092.赵凯华. 光学 (第一版) M 北京：北京大学出版社，1984Optically ActiveAbstract:The polarization characteristics of polarimeter using light to measure the rotation of material on vibration turning angle measurement solution solubility.Analyses the influence factors of this experiment.Key words:Three point field；angle of rotation;concentration