旋光仪测定溶液浓度及旋光度

实验二旋光仪测定溶液的浓度及旋光度

【实验目的】

1、加深对旋光现象的理解，观察线偏振光通过旋光物质的旋光现象。

2、掌握旋光仪的构造原理和使用方法。

3、测定糖溶液的比旋光率及其浓度。

【实验仪器】

4、1、WXG-4小型旋光仪

5、2、烧杯3、蔗糖4、葡萄糖5、

蒸馆水6、物理天平7、玻璃棒8、温

度计等。

【实验原理】

光是电磁波,它的电场和磁场矢量互相

垂直，且又垂直于光的传播方向。通常用电

矢量代表光矢量，并将光矢量与光的传播方

向所构成的平面称为振动面。在传播方向垂

直的平面内，光矢量可能有各种各样的振动

状态,被称为光的偏振态。若丸晞矢量方向是

任意的,且各方向上光矢量大小的时间平均

值是相等的，这种光称为自然光。若光矢量可

以采取任何方向，但不同的方向其振幅不同，某一方向振动的振幅最强，而与该方向垂直的方向振动最弱，则称为部分偏振光。若光矢量的方向始终不变，只是其振幅随位相改变‘光矢量的末端轨迹是一条直线，则称为线偏振光。

当线偏振光通过某些透明物质(例如糖溶液)后，偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这种现象称为庞光现象a旋转直角度Cp祢另旋光度口能使其振动面旋转的物质称为旋光性物质c旋光性物质不仅限于像糖溶液、松节油等液体，还包括石英、朱砂等具有旋光性质的固体。不同的旋光性物质可使偏振光的振动面向不同方向旋转。若面对光源，使振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质；使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质。

实验证明，对某一旋光溶液，当入射光的波长给定时，旋光度CP与偏振光通过溶液的长度I和溶液的浓度C成正比，即

(!> = acl(1) 式中旋光度(P弾位为“度：偏振光通过溶液的长度I的单位为dm ,溶液浓度的单位为g •加/为该物质的比旋光率，它在数值上等于偏振光通过单位长度(m)单位浓度(£・〃")的溶液后引起的振动面的旋转角度。其单位为度・mbdm-l*g-l由于测量时的温度及所用波长对物质的比瓣茹厳都有影响，因而应当标明测量比旋光率时所用波长及测量时的温度。例如【如5893,66・5。，它表明在测量温度为50。，所用光源的波长为5893A时，该旋光物质的比旋光率为66.5%

若已知某溶液的比旋光率，且测出溶液试管的长度丨和旋光度5可根据式1求岀待测溶液的浓度，即

图1旋光仪示意图

光源:2-会聚透镜；3■滤色片;4-起偏镜；5■石英片:&测试管:

7

-检偏峨：8■塑远镜物镜;9■刻度盘:10■塑远傥目镜:11-刻度盘转动F

物质的旋光性测量的简单原理如图2所示。首先将起偏镜与检偏镜的偏振方 向调到正交，我们观察到视场最暗。然后装上待测旋光溶液的试管，因旋光溶液 的振动面的旋转，视场变亮，为此调节检偏镜，再次使视场调至最暗，这时检偏 镜所转过的角度，即为待测溶液的旋光度。

//

” ■' 光源

溶液

//

01

图2 物质的旋光性测量简图

由于人们的眼睛很难准确地判断视场是否全暗，因而会引起测量误差。为 此该旋光仪采用了三分视场的方法来测量旋光溶液的旋光度。从旋光仪目镜中观 察到的视场分为三个部

分，一般情况下，中间部分和两边部分的亮度不同。当转

通常溶液的浓度用100ml 溶液中的溶质克数来表示，此时上式改写成

」一xlOO 何；

在糖溶液浓度已知的情况下，测出溶液试管的长度丨和旋光度® 算出该溶液比旋光率，即

[a]>4xl0

°

cl

就可以计

(4)

旋光仪的结构如图1

动检偏镜时，中间部分和两边部分将出现明暗交替变化。图

15-3中列出四种典 型情况，即（a ）中央为暗区，两边为亮区；（b ）三分视界消失，视场较暗；（c ） 中间为亮区，两边为暗区；（d ）三分视界消失.视场较亮。

由于在亮度不太强的情况下，人眼辨别亮度微小差别的能力较大，所以常取 图3 （b ）所示的视场为参考视场。并将此时检偏镜的位置作为刻度盘的零点， 故称该视场为零度视场。

当放进了待测旋光液的试管后，由于溶液的旋光性，使线偏振光的振动面旋 转了一定角度，使零度视场发生了变化，只有将检偏镜转过相同的角度.才能再 次看到图3 （b ）所示的视场，这个角度就是旋光度，它的数值可以由刻度盘和 游标上读出。 【实验步骤】

1.溶液的配置

使用天平配置一定浓度的标准溶液，溶液的浓度由各个小组自由配置，测量 后算出溶液的旋光度，待测溶液可由已测量过的标准溶液加入不定量的糖（葡萄 糖）或蒸镭水调制而成。

2 •调整旋光仪

中间为暗区两 三分视界消失

边为亮区

视场较暗

(a)

(b)

图3 转动检偏镜时,

中间为亮区两 三分视界消失 边为暗区

视场较亮

(c) (d)

目镜中视场明暗变化

•测量葡萄糖标准溶液及未知浓度溶液，方法及表格请参考步骤和。

【实验数据】

本实验所用试管长度10.0cm 零点误差为0 实验室温度22.50C 葡萄糖：

l・5g蔗糖+50ml蒸镭水

葡萄糖；

由H得剛=召

a葡=5.19/ (3/30 * 10.0)二5.19o

未知溶液的濃度：

C 未知二cp/ai=7.01/ (5.19*10) =0.135g/ml

蔗糖:

a蔗糖=1.9/ (1.5/50 * 10.0) =6.33o

未知蔗糖溶液的濃度：

C 未知二(p/ai=1.2/ (6.33*10) =0.0190g/ml

10分鐘后：

C 未知二cp/ai=1.19/ (6.33*10) =0.0188g/ml

20分鐘后:

C 未知二(p/ai=1.225 (6.33*10) =0.0194g/ml

30分鐘后：

C 未知二cp/ai=1.125/ (6.33*10) =0.1266g/ml

【实验结论】

通过旋光仪仪器我们可以检测出葡萄糖溶液的旋光度为5.190,蔗糖溶液的旋光度为6.330。且可以通过此旋光度反推溶液的浓度。在做未知蔗糖浓度的眩光实验时，当眩光液停放的时间越久(由于钠光灯发光发热)时，通过旋光度反推出来的溶液浓度越来越大，

暨溶质的溶解量越来越大。可推出物质的最大溶解度与温度有光。