3第三章旋光法新1

1、3.1 3.1 自然光與偏振光自然光與偏振光3.2 3.2 偏振光的產(chǎn)生偏振光的產(chǎn)生3.3 3.3 旋光度與比旋光度旋光度與比旋光度3.4 3.4 變旋光作用變旋光作用3.5 3.5 旋光儀旋光儀 光是一種電磁波，即光波的振動(dòng)方向與其前進(jìn)方向互相垂直。光是一種電磁波，即光波的振動(dòng)方向與其前進(jìn)方向互相垂直。自然光有無數(shù)個(gè)與光的前進(jìn)方向互相垂直的光波振動(dòng)面。自然光有無數(shù)個(gè)與光的前進(jìn)方向互相垂直的光波振動(dòng)面。若光線前進(jìn)的方向指向我們，則與之互相垂直的光波振動(dòng)平面可表示為如圖（a），圖中箭頭表示光波振動(dòng)的方向。若使自然光通過尼科爾棱鏡，由于振動(dòng)面與尼科爾棱鏡的光軸平行的光波才能通過尼科爾棱鏡，所以通過

2、尼科爾棱鏡的光，只有一個(gè)與光的前進(jìn)方向互相垂直的光波振動(dòng)面，如圖（b）。這種僅在一個(gè)平面上振動(dòng)的光叫偏振這種僅在一個(gè)平面上振動(dòng)的光叫偏振光光3.1 自然光與偏振光自然光與偏振光 通常用以下兩種方法產(chǎn)生偏振光：尼科爾棱鏡或偏振片。通常用以下兩種方法產(chǎn)生偏振光：尼科爾棱鏡或偏振片。 3.2.1尼科爾棱鏡尼科爾棱鏡 一塊方解石的菱形六面體末端的表面磨光，使鏡角等于68，將之對(duì)角切成兩半，把切面磨成光學(xué)平面后，再用加拿大樹膠粘起來，便成為一個(gè)尼科爾棱鏡（見圖2-2-10 ）。由于方解石的光學(xué)特性，當(dāng)自然光l射入棱鏡中時(shí)，發(fā)生雙折射，產(chǎn)生兩道振動(dòng)面互相垂直的平面偏振光。其中mo稱為尋常光線，mp稱為非常

3、光線。方解石對(duì)它們的折射率不同，對(duì)尋常光線的折射率是1.658；對(duì)非常光線的折射率是1.486。加拿大樹膠對(duì)兩種光線的折射率都是1.55。尋常光線由方解石到加拿大樹膠是由光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)，因其入射角（7625）大于臨界角（6912），發(fā)生全反射而被涂黑的側(cè)面吸收。非常光線由方解石到加拿大樹膠是由光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)，必將發(fā)生折射通過加拿大樹膠，由棱鏡的另一端面射出，從而產(chǎn)生了平面偏振光。3.2 偏振光的產(chǎn)生偏振光的產(chǎn)生3.2.23.2.2偏振片偏振片 利用偏振片也能產(chǎn)生偏振光。它是利利用偏振片也能產(chǎn)生偏振光。它是利用某些雙折射晶體（如電氣石）的二色性，即可選擇用某些雙折射晶體（如電氣石）的二色

4、性，即可選擇性吸收尋常光線，而讓非常光線通過的特性，把自然性吸收尋常光線，而讓非常光線通過的特性，把自然光變成偏振光。光變成偏振光。 尼科爾棱鏡示意圖 3.3.1旋光性、旋光性物質(zhì)旋光性、旋光性物質(zhì) 分子結(jié)構(gòu)中有不分子結(jié)構(gòu)中有不對(duì)稱碳原子對(duì)稱碳原子，能把偏振光的，能把偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)偏振面旋轉(zhuǎn)一定一定角度的物質(zhì)稱為角度的物質(zhì)稱為光學(xué)活性物質(zhì)光學(xué)活性物質(zhì)。許多食品成。許多食品成分都具有光學(xué)活性，如分都具有光學(xué)活性，如單糖、低聚糖、淀粉單糖、低聚糖、淀粉以及大多數(shù)的氨基酸和羥酸等以及大多數(shù)的氨基酸和羥酸等。其中能把偏。其中能把偏振光的振動(dòng)平面向右旋轉(zhuǎn)的，稱為振光的振動(dòng)平面向右旋轉(zhuǎn)的，稱為“具有右

5、具有右旋性旋性”，以（十）號(hào)表示；反之稱為，以（十）號(hào)表示；反之稱為“具具有左旋性有左旋性”，以（一）號(hào)表示。，以（一）號(hào)表示。l 偏振光通過光學(xué)活性物質(zhì)的溶液時(shí)，其振偏振光通過光學(xué)活性物質(zhì)的溶液時(shí)，其振動(dòng)平面所旋轉(zhuǎn)的角度叫做該物質(zhì)溶液的旋光度，動(dòng)平面所旋轉(zhuǎn)的角度叫做該物質(zhì)溶液的旋光度，以以表示。表示。l 旋光度的大小與光源的波長(zhǎng)、溫度、旋光旋光度的大小與光源的波長(zhǎng)、溫度、旋光性物質(zhì)的種類、溶液的濃度及液層的厚度有關(guān)。性物質(zhì)的種類、溶液的濃度及液層的厚度有關(guān)。對(duì)于特定的光學(xué)活性物質(zhì)，在光源波長(zhǎng)和溫度對(duì)于特定的光學(xué)活性物質(zhì)，在光源波長(zhǎng)和溫度一定的情況下，其旋光度一定的情況下，其旋光度與溶液的濃度

6、與溶液的濃度c c和液和液層的厚度層的厚度l l成正比。成正比。l 即：即：kcll 當(dāng)旋光性物質(zhì)的濃度為當(dāng)旋光性物質(zhì)的濃度為 1gml，液層厚度為，液層厚度為 ldm時(shí)所測(cè)得的旋光度稱為比旋光度，時(shí)所測(cè)得的旋光度稱為比旋光度，以表示 。由上式可知：l k11kl 即： l 式中： 比旋光度，度；l t 溫度，l 光源波長(zhǎng)，nm；l 旋光度，度；l l液層厚度或旋光管長(zhǎng)度，dm；l c溶液濃度，gml。l/l/tlclc t t t 比旋光度與光的波長(zhǎng)及測(cè)定溫度有關(guān)。比旋光度與光的波長(zhǎng)及測(cè)定溫度有關(guān)。通常規(guī)定用通常規(guī)定用鈉光鈉光d線（波長(zhǎng)線（波長(zhǎng) 589.3nm）在在20時(shí)測(cè)定時(shí)測(cè)定，在此條件

7、下，比旋光度用，在此條件下，比旋光度用 表示表示l 因在一定條件下比旋光度因在一定條件下比旋光度 是已知的，是已知的，l為一定，故測(cè)得了旋光度就可計(jì)算出旋光為一定，故測(cè)得了旋光度就可計(jì)算出旋光質(zhì)溶液中的濃度質(zhì)溶液中的濃度c。 20d t 3.4.1 3.4.1定義定義 具有光學(xué)活性的還原糖類（如具有光學(xué)活性的還原糖類（如葡萄糖，果糖，乳糖、麥芽糖等），在溶解葡萄糖，果糖，乳糖、麥芽糖等），在溶解之后，其旋光度起初迅速變化，然后漸漸變之后，其旋光度起初迅速變化，然后漸漸變得較緩慢，最后達(dá)到恒定值，這種現(xiàn)象稱為得較緩慢，最后達(dá)到恒定值，這種現(xiàn)象稱為變旋光作用。變旋光作用。 這是由于有的糖存在兩種異

8、構(gòu)體，即這是由于有的糖存在兩種異構(gòu)體，即型和型和型，型，它們的比旋光度不同。它們的比旋光度不同。這兩種環(huán)型結(jié)構(gòu)及中間的開鏈這兩種環(huán)型結(jié)構(gòu)及中間的開鏈結(jié)構(gòu)在構(gòu)成一個(gè)平衡體系過程中，即顯示出變旋光作結(jié)構(gòu)在構(gòu)成一個(gè)平衡體系過程中，即顯示出變旋光作用。用。 3.4.2 變旋現(xiàn)象變旋現(xiàn)象 因此，在用旋光法測(cè)定蜂蜜，商品葡萄糖等含有因此，在用旋光法測(cè)定蜂蜜，商品葡萄糖等含有還原糖的樣品時(shí)，還原糖的樣品時(shí)，樣品配成溶液后，宜放置過夜再測(cè)樣品配成溶液后，宜放置過夜再測(cè)定。定。若需立即測(cè)定，可將中性溶液（若需立即測(cè)定，可將中性溶液（ph=7ph=7）加熱至沸，加熱至沸，或加幾滴氨水后再稀釋定容；若溶液已經(jīng)稀釋定

9、容，或加幾滴氨水后再稀釋定容；若溶液已經(jīng)稀釋定容，則可加入碳酸鈉干粉至石蕊試紙剛顯堿性。則可加入碳酸鈉干粉至石蕊試紙剛顯堿性。在堿性溶在堿性溶液中，變旋光作用迅速，很快達(dá)到平衡。液中，變旋光作用迅速，很快達(dá)到平衡。但微堿性溶但微堿性溶液不宜放置過久，溫度也不可太高，以免破壞果糖。液不宜放置過久，溫度也不可太高，以免破壞果糖。3.5.1 wxg型半蔭旋光儀3.5.2 檢糖計(jì)3.5.3 wzb自動(dòng)旋光儀3.5.13.5.1.1 結(jié)構(gòu)和原理 起偏棱鏡一般用尼科爾（nicol)棱鏡，以獲得偏振光。 旋光管盛裝待測(cè)液的玻璃管。 檢偏棱鏡仍用尼科爾（nicol)棱鏡，用以檢測(cè)從旋光管射出的偏振光振動(dòng)平面與

10、原來相比較的角度（可由刻度盤上的數(shù)值讀出）。旋光儀結(jié)構(gòu)示意圖比旋光度的測(cè)定 旋光儀的校準(zhǔn) 將旋光管洗凈、盛裝蒸餾水后恒溫，放入旋光儀中。調(diào)整檢偏鏡角度，使三分視野消失（圖）將此讀數(shù)作為零點(diǎn)。 測(cè)定待測(cè)液旋光度 旋光管（干燥清潔）裝入待測(cè)液（應(yīng)澄清且無氣泡）恒溫后，裝入旋光儀。調(diào)整檢偏鏡使出現(xiàn)的三分視野恰好消失，次角即旋光角，可由刻度盤上讀出。往往重復(fù)兩次，再做比它稀釋1倍的旋光度，以確定其真實(shí)的旋光度。實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意溫度恒定。 根據(jù)記錄,用公式計(jì)算待測(cè)溶液的比旋光度 = 在記錄時(shí),應(yīng)同時(shí)記錄旋光方向和所用溶劑. 例如測(cè)d-酒石酸時(shí) =+14.40(水) 旋光儀測(cè)出的第一遍讀數(shù)不一定是準(zhǔn)確的旋

11、光度數(shù)值,它可能是測(cè)出值 n 180（n=1，2，3，）。因此可用稀釋1倍的溶液或使旋光管縮短1/2，則應(yīng)用原值的1/2和 n 180的關(guān)系計(jì)算求出。旋光度的測(cè)定 比旋光度的計(jì)算和記錄cl 檢糖計(jì)的基本光學(xué)元件 (1)起偏器、半棱鏡和檢偏器都是固定不動(dòng)的，三者的光軸之間所成的角度與半影式旋光計(jì)在零點(diǎn)時(shí)的情況相同。在檢偏器前裝有一個(gè)石英補(bǔ)償器，它由一塊左旋石英板和兩塊右旋石英楔組成，兩邊的石英片固定，中間的可上下移動(dòng)，且與刻度尺相聯(lián)系。移動(dòng)中間的石英楔可調(diào)節(jié)右旋石英的總厚度。當(dāng)右旋石英的厚度與左旋石英的厚度相等時(shí)，整個(gè)石英補(bǔ)償器對(duì)偏振光無影響，偏振光進(jìn)行情況與半影式旋光計(jì)在零點(diǎn)時(shí)的情況完全一樣，

12、視野兩半圓的明暗程度相同，此為檢糖計(jì)的零點(diǎn)。在零點(diǎn)的情況下，若在光路中放入左（或右）旋性糖液，則視野兩半圓明暗程度會(huì)不同。這時(shí)可移動(dòng)中間石英楔以增加（或減小）右旋石英的厚度，使整個(gè)補(bǔ)償器為右（或左）旋，便可補(bǔ)償糖液的旋光度，使視野兩半圓明暗程度又變相同。根據(jù)中間石英楔移動(dòng)的距離，在刻度尺上就反映出了糖液的旋光度。（2）檢糖汁的另一個(gè)特點(diǎn)是以白日光作為光源。這是利用石英和糖液對(duì)偏振白光的旋光色散程度相近這一性質(zhì)。偏振白光通過左（或右）旋性糖液發(fā)生旋光色散后，再通過右（或左）旋性石英補(bǔ)償器時(shí)又發(fā)生程度相近但方向相反的旋光色散。這樣又產(chǎn)生了原來的偏振白光，尚存的輕微色散采用濾光片即可消除。所以檢糖計(jì)

13、可以采用白日光作光源。（3）檢糖計(jì)讀數(shù)尺的刻度是以糖度表示的。最常用的是國際糖度尺，以0s表示。其標(biāo)定方法是：在20時(shí)，把26.000g純蔗糖配成100ml的糖液，用200mm觀測(cè)管以波長(zhǎng)=589.4400nm的鈉黃光為光源測(cè)得的讀數(shù)定為100 0s 。1 0s相當(dāng)于100ml糖液中含有0.26g蔗糖。讀數(shù)為0s ，表示100ml糖液中含有0.26g蔗糖。3.5.3.2步驟 配制糖液及樣液儀器預(yù)熱校正測(cè)試a 配制葡萄糖溶液：準(zhǔn)備稱取5g（準(zhǔn)至小數(shù)點(diǎn)后四位），葡萄糖于150ml燒杯中，加50ml水和0.2ml濃氨水溶液，放置30min后，將溶液轉(zhuǎn)入100ml容量瓶中，以水稀至刻度。然后將容量瓶放

14、入200.5的恒溫水浴中恒溫。b 將儀器電源插入220v交流電源（要求使用交流電子穩(wěn)壓器）并將接地腳可靠接地。c 向上打開電源開關(guān)，這時(shí)鈉光燈在交流工作狀態(tài)下起輝經(jīng)5分鐘，鈉光燈激活后，鈉光燈才發(fā)光穩(wěn)定。d 向上打開電源開關(guān)（若光源開關(guān)板上后，鈉光燈熄滅，則再將光源開關(guān)上下重復(fù)扳動(dòng)1到2次，使鈉光燈在直流下電亮，為正常）。e 打開測(cè)量開關(guān)，這時(shí)數(shù)碼管應(yīng)有數(shù)字顯示。f 將裝有蒸餾水或其它空白溶劑的試管放入樣品室，蓋上箱蓋，待示數(shù)穩(wěn)定后，按清零按扭，試管中若有氣泡，應(yīng)先讓氣泡浮在凸頸處。通光面兩端的霧狀水滴，應(yīng)用軟布搽干。試管螺帽不宜旋的過緊，以免產(chǎn)生應(yīng)力，影響讀數(shù)，試管安放時(shí)，應(yīng)注意正確的位置和方向。g 取出試管，并待樣品注入試管，按相同的位置和方向放入樣品室內(nèi)，蓋好箱蓋，儀器數(shù)顯窗將顯示出該樣品的旋光率，注意試管應(yīng)用旋光儀