物理常数测定单元5旋光度的测定
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
物理常数测定
单元5:旋光度的测定
[学习目标]
1.了解旋光仪的构造。
2.掌握使用旋光仪测定物质的旋光度。
3.学习比旋光度的计算。
[学习内容]
一、旋光性和旋光度
1、旋光性和旋光物质
光波是一种电磁波,它的振动方向与其传播方向垂直。普通光的光波可在垂直于它前进方向的所有平面内振动。但如果使光通过尼科尔(Nicol)棱镜(经过特殊加工的方解石晶体,其作用像一个栅栏),则只有与棱镜镜轴平行的平面上振动的光线通过,这种只在一个平面上振动的光称为平面偏振光,简称偏振光。
如果使偏振光通过某种物质的液体或溶液,会有两种可能:一是偏振光可以通过这种物质,而这种物质对偏振光没有影响,即偏振光仍维持原来的偏振平面;二是偏振光通过该物质,必须是将原来的振动平面旋转一定角度后才能通过,即在某一平面内振动的偏振光,通过这种物质出来时,将在另一个平面内振动。物质的这种能使偏振光振动平面旋转的性质,称为物质的旋光性。具有旋光性的物质称为旋光性物质。例如,葡萄糖、乳糖等。
有些旋光性物质能使偏振光的振动平面向右(顺时针方向)旋转,称为右旋物质,通常用(+)表示其旋光度。例如,从自然界得到的葡萄糖是右旋物质,叫右旋葡萄糖,用(+)葡萄糖表示。有些旋光性物质能使偏振光的振动平面向左(逆时针方向)旋转,称为左旋物质,通常用(-)表示。例如,从自然界得到的果糖是左旋物质,叫左旋果糖,用(-)果糖表示。
2、旋光度
1
偏振光通过旋光物质时,偏振光的振动平面所转动的角度,称为旋光物质的旋光度,通常用α表示。测定旋光度的仪器叫旋光仪,旋光仪的测定原理如图3-8所示。旋光仪主要由光源(单色光,如钠光灯)、两个尼科尔棱镜(固定的叫起偏镜,可转动的叫检偏镜)、盛液管(盛装被测物质的溶液或液体)等组成。单色光依次通过第一个棱镜(起偏镜)、盛液管、第二个棱镜(检偏镜),最后达到人的眼睛。使用前盛液管是空的,调解检偏镜,令偏振光完全通过(此时两个棱镜的镜轴平行),使光亮最大。当盛液管中装有旋光物质时,则人们观察到的光变暗(这是由于旋光物质将偏振光平面旋转一定角度所致)。然后向左或右旋转检偏镜(旋转的数值可由刻度盘上示出)仍令光亮最大,此时旋光仪刻度盘上所示的数值即为旋光度。
物质的旋光度与旋光管的长度、溶液的浓度、溶剂以及测定时的温度和光源的波长都有关系。条件不同,不仅可以改变旋光的度数,甚至可以改变旋光的方向。当条件固定时,即旋光管的长度为10cm,被测定物质的浓度为1g/1mL溶剂,测出的旋光度叫比旋光度用[α]表示。它与旋光度的关系是:
c
l t
⋅=ααλ][ 式中α—旋光仪上所测得的旋光度数;λ—测定时光源的波长,当用钠光作光源时,则用D代替;t—测定时的温度;l—旋光管的长度;c—溶液的浓度。
例如,天然葡萄糖水溶液是右旋的,在20℃时用钠光灯作光源(λ=589.3nm),其比旋光度是52.5O,则表示为:
)(5.52][o 20
D 水+=α
天然果糖是左旋的,其比旋光度为:
2 )(-93][o 20
D 水=α
比旋光度是物质特性常数之一,测定旋光度,可以检验旋光性物质的纯度和含量。
二、旋光度的测定
1、旋光度的测定原理
物质旋光度的测定是通过旋光仪实现的。旋光仪的主要构造为起偏器和尖偏器两部分,起偏器俗称第一尼科尔棱镜,是使使各方向振动的可见光起偏振,它固定在仪器的前端。检偏器用来测定偏振面的旋转角度,成为第二尼科尔棱镜,随刻度盘一起转动。
对于自然光,其光波在与光传播方向垂直的一切可能方向上振动,但当通过起偏镜之后,获得了只在一个方向上振动的平面偏振光。当两个棱镜的主截面(为折射光线与晶体光轴所构成的平面)向平行时,由起偏镜射到检偏镜的偏振光全部能通过;当两个棱镜的主截面华向垂直时,则偏振光全部不能通过;当两个棱镜主截面夹角介于0O~90O之间时,透过的光强将被减弱。
两个棱镜主截面互相垂直时视野是黑暗的,但在棱镜中间放入一个装有旋光性物质的溶液的玻璃旋光管时,因溶液使偏振光旋转了一个角度,从视野中可见到一定的光亮。这时如将检偏镜相应旋转一个角度又可使视野重新变暗,检偏镜旋转的角度就等于光的偏振面在通过溶液后的旋光度α。
由于肉眼对鉴别黑暗的视野误差较大,为精确确定旋光度,常采用比较方法,即三分视野法,在起偏镜后的中部装一狭长的石英片,其宽度约为视野的1/3,因为石英片也具有旋光性,所以在目镜中出现三分视野,如图3-9所示。
在旋转相应得角度后,视野中三个区内
明暗相等,三分视野消失。鉴于肉眼对于这
种明暗相等的三分视野易于判断,可以准确
地测定被测溶液的旋光度。
2、旋光仪的使用方法
(1)接通电源,开启电源开关,预热5分钟,待钠光灯发光稳定后,就可以进行测量。
(2)旋光仪零点的校正。在样品管中装好蒸馏水(无气泡),调节检偏镜角度使三分视野消失,将此时的角度记做零位,在以后各次测量读数中应减去或加上该数值。
(3)选取长度适宜的样品管,装入待测液(无气泡),旋上螺帽,螺帽不宜旋的太紧(以不漏水为标准),否则护片玻璃会引起应力,影响读数。然后将样品管两头残余液用擦镜纸揩干,以免影响观察的清晰度及测定精度。
(4)测定旋光度。转动刻度盘至目镜中三分视野消失,再从刻度盘上读数,读数为正则被测物为右旋物质,读数为负则为左旋物质。
(5)双游标读数法。考虑到仪器可能有偏心差,在刻度盘上开有A、B两个游标窗,两个游标窗读数的平均值为测定值。
使用旋光仪需注意以下事项:
(1)仪器连续使用时间不宜过长,一般不超过4小时,如果使用时间过长,中间应关闭电源开关15分钟左右,待钠光灯冷却后再继续使用。
(2)观察者的个人习惯不同,应始终由一个人读数。
(3)样品管装好溶液后不应有气泡,不应漏液。
(4)样品管用后要及时将溶液倒出,用蒸馏水洗涤干净,所有镜片均不能用手直接擦拭,应用软布或擦镜纸擦拭。
旋光仪的结构如图3-10所示。
3