物质的旋光性及其测定

物质的旋光性及其测定
一、旋光的概念
线偏振光在通过某些物质后，它的振动面发生了旋转，这种现象称为旋光。

某些物质
具有能，使线偏振光发生旋转的性质，称为旋光性。

这些具有旋光性的物质，称为旋光物质。

1811年法国物理学家Arago首先发现，当线偏振光沿光轴方向在石英中传播时，偏振
光的振动面会发生旋转。

大约同时，Boit在各种自然物质的蒸气和液态形态下也看到了同样
的现象，他还发现有左旋和右旋两种情况。

1822年，Herschel发现石英中的左旋和右旋是
源于石英的左旋和右旋两种不同的结构。

研究物质的旋光性不仅在光学有特殊意义，在化学
和生物学上也有深远的影响。

影响物质旋光性的因素很多。

了解影响物质旋光性的因素对物质旋光性的测量和应用是很重
要的。

偏振光通过某些晶体或某些物质的溶液以后，偏振光的振动面将旋转一定的角.如图27
,―3所示，这个角称为.它与偏振光通过溶液的长度L和溶液中旋光性物质的浓
度C成正比，即
,,,LC (27―2) m
式中,称为该物质的.如果L的单位用dm，浓度C定义为在1cm?溶液内溶质的克数，m
单位用g／cm?，那么旋光率,的单位为（º）cm?／(dm?g). m
实验表明，同一旋光物质对不同波长的光有不同的旋光率.因此，通常采用钠黄光
(589．3nm)来测定旋光率.旋光率还与旋光物质的温度有关.如对于蔗糖水溶液，在室温条件
下温度每升高(或降低)1?，其旋光率约减小(或增加)0．024ºcm?／(dm?g).因此对于所测的旋光率，必须说明测量时的温度.
二、旋光率的测定
实验中利用小型旋光仪测定葡萄糖的旋光率及未知溶液的浓度。

实验原理书中已
有详细解释，在这我想阐述一下三分视场的形成。

实验中为提高测量精度，采用
其原理是在起偏镜后面加一块石英晶体片，石英片和起偏镜的中部在视场中重叠，如图27―
5所示，将视场分为三部分.并在石英片旁边装上一定厚度的玻
璃片，以补偿由于石英片的吸收而发生的光亮度变化，石英片
的光轴平行于自身表面并与起偏镜的偏振化方向夹一小角(称,
影荫角).由光源发出的光经过起偏镜后变成偏振光，其中一部分
再经过石英片，石英是各向异性晶体，光线通过它将发生双折
射.可以证明，厚度适当的石英片会使穿过它的偏振光的振动面
转过角，这样进入测试管的光是振动面间的夹角为的两2,2,
束偏振光. 在图27―6中, OP表示通
过起偏镜后的光矢量，而OP?则表示通过起偏镜与石英片后的
,,OPOP和OPOP和?在OA轴上的分量分别为.转动检偏镜时，的大小将发生变AAAA偏振光的光矢量，OA表示检偏镜的偏振化方向，OP和OP?与OA的夹角分别为β和β'，化，于是从目镜中所看到的三分视场的明暗也将发生变化(见图27―6的下半部分).图中画出OP和OP了四种不同的情形：
(1),,.从目镜观察到三分视场中与石英片对应的中部为暗区，与起
偏,,,OPOP,,AA
镜直接对应的两侧为亮区，三分视场很清晰.当
,时，亮区与暗区的反差最大. ,,,/2
,(2) ,.三分视场消失，整个视场为较暗的黄色. ,,,OPOP,,AA
,(3) ,.视场又分为三部分，与石英片对应的中部为亮区，与起偏镜
直,,,OPOP,,AA
接对应的两侧为暗区.当时，亮区与暗区的反差最大. ,,,/2
,(4) ,.三分视场消失.由于此时OP和OP?在OA轴上的分量比第二
种,,,OPOP,,AA
情形时大，因此整个视场为较亮的黄色.
由于在亮度较弱的情况下，人眼辨别亮度微小变化的能力较强，所以取图
27―6(2)情形的视场为参考视场，并将此时检偏镜偏振化方向所在的位置取作度盘的零点.
实验时，将旋光性溶液注入已知长度L的测试管中，把测试管放入旋光仪的试管筒内，
这时OP和OP,?两束线偏振光均通过测试管，它们的振动面都转过相同的角度，并保持两振动面间的夹角为不变.转动检偏镜使视场再次回到图27―6(2)状态，则检偏镜所转过2,
的角度就是被测溶液的旋光角,.
三、测量固体的旋光率
光线射入透明固体，并不一定发生旋光现象。

只有沿旋光物质的光轴方向入射才会发
生旋光现象。

因此，测量固体旋光率，首先应确定固体的光轴方向。

测量固体旋光率，首先
将固体沿其光轴方向加工成圆柱形。

长度为L。

然后即可按测量液体的方法来测量透明固体
的旋光率了。

实验装置如图所示：
线二单非起半待偏检偏部眼色偏偏荫测振偏振分睛光振器片物面器光偏源光质旋振转光
四、物质旋光性的定性解释及应用
实验书中给出了旋光现象的唯象解释：线偏振光可以看作是等强度的左旋和右旋圆偏
振光的叠加，当光在旋光介质中传播时，由于两种偏振光传播速度不同，传播一定距离后，
由于二者相位的差别，合成后的偏振光振动方向便不同于初始方向，即转过一定角度。

我上网查了一下关于旋光性的解释，发现物质的旋光性是一个非常复杂的现象，需要
用量子力学来处理。

也有很多从不同角度来解释的。

从物质结构上说旋光性来源于分子本身
或分子在晶体中排列的不对称性。

如果分子本身的结构既无对称中心又无对称平面，则分子
以互为镜像的两种形态存在，分别对应右旋和左旋两种情形。

晶体的旋光性既可来源于分子
排列的不对称性（无对称中心），也可来源于分子本身的不对称性。

对于前者，晶体熔化或
溶解后旋光性即行消失。

物质旋光性现在被广泛应用。

旋光测量用于化学、生物学等的科学研究和工业中（量
糖学）。

主要用于化学结构分析和糖含量的测定。