用旋光儀測量蔗糖溶液的濃度

1、用旋光儀測量蔗糖溶液的濃度用旋光儀測旋光性溶液的濃度【實驗?zāi)康摹啃猬F(xiàn)象？的旋光率和1. 觀察光的偏振現(xiàn)象和偏振光通過旋光物質(zhì)后的2. 了解旋光儀的結(jié)構(gòu)原理，學習測定旋光性溶液 濃度的方法.3. 進一步熟悉用圖解法處理數(shù)據(jù)【實驗儀器】WXG4型目視旋光儀、標準溶液、待測溶液、溫度【實驗原理】一、偏振光的根本概念根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，光是一種電磁波光的 傳播就是電場強度E和磁場強度H以橫波的形式傳播 的過程.而E與H互相垂直, 也都垂直于光的傳播方向，因此光波是一種橫波？由于引起視覺和光 化學反響的是E,所以E矢量又稱為光矢量，把E的振動稱為光振動， E與光波傳播方向之間組成的平面叫振動面

2、.光在傳播 過程中，光振 動始終在某一確定方向的光稱為線偏振光，簡稱偏振光見圖1(a)普通光源發(fā)射的光是由大量 原子或分子輻射而產(chǎn)生，單個原子或分 子輻射的光是偏 振的，但由于熱運動和輻射的隨機性，大量原子或 分子所發(fā)射的光的光矢量出現(xiàn)在各個方向的概率是相同的，沒有哪個方向的光振動占優(yōu)勢，這種光源發(fā)射的光不顯現(xiàn)偏振的性質(zhì)，稱為自然光見圖1(b).還有一種光線，光矢量在某個特定方向上出現(xiàn)的概率比擬大，也就是光 振動在某一方向上較強，這樣的光稱為局部偏振光見圖 1(c).圖1 光線從娠面內(nèi)垂直 射出時，摘報光、自然丸和局部 偏械尢光拯動分布的圖示6i4 /rL認rPS2然光通過k/i起編鵡和檢鎬器

3、的農(nóng)化二、偏振光的獲得和檢測將自然光變成偏振光的過程稱為起偏，起偏的裝置 稱為起偏器. 常用的起偏器有人工制造的偏振片、晶體起偏器和利用反射或?qū)掖瓮干?光的入射角為布儒斯特 角)而獲得偏振光.自然光通過偏振片 后，所形成偏振光 的光矢量方向與偏振片的偏振化方向(或稱透光軸)一致.在偏振片上用符號“ b 表示其偏振化方向.鑒別光的偏振狀態(tài)的過程稱為檢偏，檢偏的裝置稱為檢偏器.實際上起偏器也就是檢偏器，兩者是通用的.如圖2所示，自然光通過 作為起偏器的偏振片以后，變成光通量為舊勺偏振光，這個偏振光的光矢量與偏振化方向同方位，而與作為檢偏器的偏振片的偏 振化 方向的夾角為.根據(jù)馬呂斯定律，通過檢偏器

4、后， 透射光通0cos2( 1)透射光仍為偏振光，其光矢量與檢偏器偏振化方向同方位.顯然，當以光線傳播方向為軸轉(zhuǎn)動檢偏器時，透射光通量將發(fā)生周期性變化. 當0o時，透射光通量最大； 當90。時，透射光通量為極小值 (消光狀 態(tài))，接近全暗；當0。90。時，透射光通量介于最大值和最小值之間.但同樣對自然光轉(zhuǎn)動檢偏器時，就不會發(fā)生上述現(xiàn)象，透射光通量不變.對局部偏振光轉(zhuǎn)動檢偏器時，透射光通量有變化但沒有消光狀 態(tài).因此根據(jù)透射光通量的變 化，就可以區(qū)分偏振光、自然光和局部偏振光1、旋光現(xiàn)象圖31*起偏器2.起偏器偏振化方向3.施光物質(zhì)4.椅偏器偏振化方向5 旋光角口 6.檢偏器偏振光通過某些晶體或

5、某些物質(zhì)的溶液以后，偏振 光的振動面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象 如圖3所示，這個角稱 為旋光角.它與偏振光通過溶液 的長度L和溶液中旋光性物質(zhì)的濃度 C成正比，即式中m稱為該物質(zhì)的旋光率.如果l的單位用dm濃度C定義為在1cm3溶液內(nèi)溶質(zhì)的克數(shù)，單位用 g/cm3那么旋光率m的 單位為 o cm3/dm ? g.實驗說明，同一旋光物質(zhì)對不同波長的光有不同的 旋光率 . 因此，通常采用鈉黃光589. 3nm來測定旋光率. 旋光率還與旋光物質(zhì)的溫度有關(guān). 如對于蔗糖水溶 液，在室溫條件下溫度每升高或降低1 C，其旋光率 約減小或增加 0. 024ocm3/ dm ? g ?因此對于所測

6、的 旋光率，必須說明測量時 的溫度 ?旋光率還有正負，這 是因為迎著射來的光線看去，如果旋光 現(xiàn)象使振動面向 右 順時針方向 旋轉(zhuǎn)，這種溶液稱為右旋溶液， 如葡萄 糖、麥芽糖、蔗糖的水溶液，它們的旋光率用正值表示 . 反 之，如果振動面向左 逆時針方向 旋轉(zhuǎn)， 這種溶液稱 為左旋溶液， 如轉(zhuǎn)化糖、果糖的水溶液，它們的旋光率 用負值表示 ?嚴格來講旋光 率還與溶液濃度有關(guān)，參見 附表 3 11 ，在要求不高的情況下， 此項影響可以忽略 .假設(shè)待測旋光性溶液的濃度 C和液柱的長度L,測出旋光角， 就可以由 2式算出旋光率 m. 也可以在液 柱長 L 不變的條件下，依 次改變濃度C,測出相應(yīng)的旋 光

7、角，然后畫出 與C的關(guān)系圖線稱 為旋光曲線，它 根本是條直線，直線的斜率為 m l,由直線的斜率 也可 求出旋光率 m. 反之，在某種溶液的旋光曲線時，只 要測量出溶液的旋光角,就可以從旋光曲線上查出對應(yīng)的濃度 ?實驗儀器介紹】圖5IL城璃艸3.會矍透縫4.5.也慢能右石英用熬試甘揺捋需艶動試曾見割試軒凸起罪労10檢fti琥H 堅遠維物境12, Ji.itWth3.凰偏魏條攤化方向4.起偏 鏡5.門一里迪葩胡掾手罡 】斗一望遠憬忖建 詁.辭揚讀龜放 丸険】d喪蚩轉(zhuǎn)越細典手輪I二窿伐轉(zhuǎn)諭郴調(diào)手定用WXG 4型旋光儀來測量旋光性溶液的旋光角，其結(jié)構(gòu)如圖4所示？為了準確地測定旋光角，儀器的讀數(shù)裝置采

8、用雙游標讀數(shù)，以消除度盤的偏心差？度盤等分360格，分度值i。，角游標的分度數(shù)n=20,因此，角游標的分度 值i= /n=0. 05o,與20分游標卡尺的讀數(shù)方法相似？度盤和檢偏鏡 聯(lián)結(jié)成一體，利用度盤轉(zhuǎn) 動手輪作粗小輪、細大輪調(diào)節(jié). 游標窗前裝有供讀游標用的放大鏡儀器還在視場中采用了半蔭法比擬兩束光的亮度，其原理是在起偏鏡后面加一塊石英晶體片， 石英片和起 偏鏡的中部在視場中重疊， 如圖5所示，將視場分為三 局部？并在石英片旁邊裝上一定厚度的玻 璃片，以補償由于石英片的吸收而發(fā)生的光亮度變化，石英片的光軸平行于自身外表并與起偏鏡的偏振化方向夾一小角稱影蔭角由光源發(fā)出的光經(jīng)過起偏鏡后變成偏振

9、光，其中一 局部再經(jīng)過石英片，石英是各向異性晶體，光線通過它將發(fā)生雙折射？可以證明，厚度適當?shù)氖?片會使穿過它的偏振光的振動面轉(zhuǎn)過 2角，這樣進入測 試管的光是振動面間的夾角為2的兩束偏振光？圖6在圖6中，0P表示通過起偏鏡后的光矢量，而0P那么表示通過起偏鏡與石英片后的偏振光的光矢量，0A表示檢偏鏡的偏振化方向，op和op與0A的夾角分另【J為3和3,op 和0P在0A軸上的分量分別為OPa和OPA.轉(zhuǎn)動檢偏鏡時，0PA和OPa的大 小將發(fā)生變化，于是從目鏡 中所看到的三分視場的明暗也將發(fā)生變 化見圖6的下 半局部？圖中畫出了四種不同的情形：1QPa OPa從目鏡觀察到三分視場中與石英片對

10、應(yīng)的中部為暗區(qū)，與起偏鏡直接對應(yīng)的兩側(cè)為亮區(qū)，(2),OPa OPa三分視場消失，整個視場為較暗的黃色.(3) ，OPA OPA.視場又分為三局部，與石英片對應(yīng)的中部為亮區(qū)，與起偏鏡直接對應(yīng)的兩側(cè)為暗區(qū). 當 /2時，亮區(qū)與暗區(qū)的反差最大 .(4) ,opa OPa.三分視場消失.由于此時0P和0P在0A軸上的分 量比第二種情形時大，因此整個視場為較亮的黃色 .由于在亮度較弱的情況下，人眼區(qū)分亮度微小變化 的能力較強， 所以取圖 6(2) 情形的視場為參考視場，并 將此時檢偏鏡偏振化方向 所在的位置取作度盤的零點.實驗時，將旋光性溶液注入長度 L 的測試管中， 把測試管 放入旋光儀的試管筒內(nèi)，

11、這時0P和0P兩束線偏振光均通過測試管， 它們的振動面都轉(zhuǎn)過相同的角 度，并保持兩振動面間的夾角為 2不 變. 轉(zhuǎn)動檢偏鏡使 視場再次回到圖 6(2) 狀態(tài)，那么檢偏鏡所轉(zhuǎn)過的角 度就是 被測溶液的旋光角實驗內(nèi)容及步驟】1 ?接通旋光儀電源，約 5min 后待鈉光燈發(fā)光正常 , 開始實驗2 ?測定零點位置。1 清晰。在沒有放測試管時，調(diào)節(jié)望遠鏡調(diào)焦手輪， 分視場2調(diào)節(jié)度盤轉(zhuǎn)動手輪，觀察三分視場的變化 情況，同 時注意檢偏鏡的旋轉(zhuǎn)方向和度盤 轉(zhuǎn)動手輪的轉(zhuǎn)動方 向之間的關(guān)系 。30i 當三分視場剛好消失并且整個視場變?yōu)檩^ 暗的4黃色時，記錄下左右兩游標的讀數(shù)0i O 反復測 5 次，將數(shù)據(jù)記入表

12、1中計算左右兩游標讀數(shù)1中。0i 、 0ii、。 i的平均值二、 填入表5利用公式 。夕匚為計算零點位置，并填表 1中。3. 測量蔗糖溶液的濃度一必做內(nèi)容1將裝有待測蔗糖溶液的測試管未知濃度放入試管筒內(nèi)，試管的凸起局部朝上。2調(diào)節(jié)望遠鏡調(diào)焦手輪，使三分視場清晰。3在視場中找到三分視場剛好消失并且整個視場變?yōu)檩^暗黃色的狀態(tài)，記下左右兩游標的讀數(shù) 2i、 2i 反復測 5 次，將數(shù)據(jù)記入表2的平均值2i4計算左右兩游標讀數(shù)填入表 3中。2中。5 利用公式2 ；蔦2i 0i計算標準溶液的旋光角，并填入表 3中。6利用公式c說計算待測蔗糖溶液的濃度，am L填入表 3中。【數(shù)據(jù)記錄及處理】實驗溫度： 表 1表 2單位：度管長dm : 濃度g/mL:-旋光率單位：(o) ml / (dm ? g)測量次數(shù)0i0i12測量次數(shù)()2i()12待測蔗糖溶液的濃度【考前須知】用手直接揩拭，應(yīng)用柔軟的 絨布或鏡頭紙揩拭3.只能在同一方向345平均值()旋光角()旋光率g/m