旋光仪三分视野的原理及固体旋光率的测定(精)

旋光仪三分视野的原理及固体旋光率的测定

化学与化工学院2006级化学专业高东亮 20061101023

摘要：旋光仪是测量液体旋光率的仪器，它通过使用三分视野，从而使得测量更为准确，本文介绍了旋光仪三分视野的形成原理。固体的旋光率的测定比较麻烦，很难有合适的仪器测量，本文介绍了用分光光度计改装，从而测量固体旋光率的方法。

关键词：旋光仪三分视野固体旋光率测定

旋光仪三分视野的形成原理

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度，这种现象称为旋光现象。这个角α称为旋光角。

当两个尼科尔棱镜的主截面(为折射光线与晶体光轴所构成的平面) 相平行时,第一块尼科尔棱镜射到第二块尼科尔棱镜的平面偏振光全部透过,视野光亮;当两个尼科尔棱镜的主截面相垂直时,则平面偏振光全部不能透过第二块尼科尔棱镜,视野漆黑;当两个尼科尔棱镜的主截面夹角在0～90o之间时,则平面偏振光部分透过第二块尼科尔棱镜,视野半明半暗。

当两块尼科尔棱镜主截面互相垂直(或平行)时,视野是漆黑(或明亮) 的。但在两块尼科尔棱镜中间放入一个装有旋光性物质溶液的旋光管时,因溶液使平面偏振光旋转了一个角度,所以从视野中可见到一定的光度,这时如将检偏镜相应旋转一个角度,又可使视野重新变为

漆黑(或明亮) ,此时检偏镜旋转的角度就是平面

偏振光透过溶液后的旋光度α。

由于肉眼鉴别漆黑(或明亮) 的视野误差较

大,为精确确定旋光度,常采用比较方法即三分视

野法。

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2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θ(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2θ角，这样进入测试管的光是振动面间的夹角为2θ的两束偏振光。图3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'，

OP 和OP ´在OA 轴上的分量分别为A A

OP OP '和。转动检偏镜时，A A OP OP '和的大小将发生变化，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3)。图中画出了四种不同的情形：

(1),A A OP OP ββ''>>。从目镜观察到三分视场中与石英片对应的中部为暗区，与起偏镜直接对应的两侧为亮区，三分视场很清晰。当/2βπ'=时，亮区与暗区的反差最大。

(2)

,A A OP OP ββ''==。三分视场消失，整个视场为较暗的黄色。 (3) ,A A OP OP ββ''<<。视场又分为三部分，与石英片对应的中部为亮区，与起偏镜直接对应的两侧为暗区。当/2βπ=时，亮区与暗区的反差最大。

(4) ,A A OP OP ββ''==。三分视场消失。由于此时OP 和OP ´在OA 轴上的分量比第二种情形时大，因此整个视场为较亮的黄色。

固体物质旋光率测定

对于固体旋光物质而言，旋转角与光线所经过的厚度L （通常以毫米为单位）成正比， ψ=αL

式中α为光线通过1mm 厚固体时时振动面旋转的角度，称为该物质的旋光率。固体的旋光率不仅随波长而变化，还与固体的温度有关，一般随温度升高而略有增大。

测量液体或固体的透过率、吸光度等常规用途的TU一1900型紫外----分光光度计进行改装，制作成平行偏振光装置，就可以准确测出旋光率和双折射。实验装置如图4放入被测物体一Ca3NbGa3Si2O14(CNGS)单晶的Z向切片d=2．88mm，得到的透过率谱如图5所示，当Ψ=90。率达到最小值Ψ=180。时，透过率达到最大值。随着波长进一步减小，符合以下规律：ψ(λ)=P(λ)d=m180。一90。(m=1，2，3⋯)

将出现最小值。

ψ(A)=P(λ)d=m180。(m =1，2，3⋯)

将出现最大值。由图5看出波长670，413，341，307nm出现最

小值。波长491，307，323nm出现最大值。由上式可得出旋光

率。

此新方法的研究解决了旋光大的晶体材料没有特定测量

仪器的空缺，又开发了分光光度计新的用途，并且精度很高，

方便可靠。

参考文献

1.旋光仪三分视野原理和零度视野确定，杨小勇，《仪器仪表与分析监测》2001年第1期P22-23

2.一种测量旋光、双折射的新方法，魏爱俭，祁海峰，王宝林《中国科技论文统计源期刊》2005

年第1期 P48-50

3.