实验十五 用旋光仪测糖溶液的浓度

实验内容

1. 观察线偏振光通过旋光物质所发生得旋光现象。 2. 学习旋光仪得使用方法,用旋光仪测定糖溶液得浓度。 教学要求

1． 熟悉光得偏振得基本规律。 2． 了解旋光物质得旋光性质。 实验器材

WXG4小型旋光仪,烧杯,蔗糖,蒸馏水。

光就是电磁波,它得电场与磁场矢量互相垂直,且又垂直于光得传播方向。通常用电矢量代表光矢量,并将光矢量与光得传播方向所构成得平面称为振动面。在传播方向垂直得平面内,光矢量可能有各种各样得振动状态,被称为光得偏振态。若光得矢量方向就是任意得,且各方向上光矢量大小得时间平均值就是相等得,这种光称为自然光。若光矢量可以采取任何方向,但不同得方向其振幅不同,某一方向振动得振幅最强,而与该方向垂直得方向振动最弱,则称为部分偏振光。若光矢量得方向始终不变,只就是它得振幅随位相改变,光矢量得末端轨迹就是一条直线,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,偏振光得振动面将以光得传播方向为轴线旋转一定角度,这种现象称为旋光现象。旋转得角度φ称为旋光度。能使其振动面旋转得物质称为旋光性物质。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得固体。不同得旋光性物质可使偏振光得振动面向不同方向旋转。若面对光源,使振动面顺时针旋转得物质称为右旋物质;使振动面逆时针旋转得物质称为左旋物质。

偏振光在国防、科研与生产中有着广泛应用:海防前线用于了望得偏光望远镜,立体电影中得偏光眼镜,分析化学与工业中用得偏振计与量糖计都与偏振光有关。激光光源就是最强得偏振光源,高能物理中同步加速器就是最好得X射线偏振源。随着新概念得飞跃发展,偏振光成为研究光学晶体、表面物理得重要手段。 实验原理

实验证明,对某一旋光溶液,当入射光得波长给定时,旋光度φ与偏振光通过溶液得长度l与溶液得浓度c成正比,即

(151)

式中旋光度φ得单位为“度”,偏振光通过溶液得长度l得单位为dm ,溶液浓度得单位为。为该物质得比旋光度,它在数值上等于偏振光通过单位长度(dm)、单位浓度得溶液后引起得振动面得旋转角度。其单位为度· ml · dm 1· g –1。由于测量时得温度及所用波长对物质得比旋光度都有影响,因而应当标明测量比旋光度时所用波长及测量时得温度。例

如 =66、5°,它表明在测量温度为50C,所用光源得波长为5893时,该旋光物质得比旋光度为66、50。

若已知某溶液得比旋光度,且测出溶液试管得长度l与旋光度φ,可根据式151求出

待测溶液得浓度,即

(152)

通常溶液得浓度用100ml溶液中得溶质克数来表示,此时上式改写成 (153)

在糖溶液浓度已知得情况下,测出溶液试管得长度l与旋光度φ,就可以计算出该溶液比旋光度,即

(154)

操作步骤

1、调整旋光仪

(1)接通电源,开启电源开关,约五分钟后,钠光灯发光正常,便可使用。 (2)调节旋光仪调焦手轮,使其能观察到清晰得三分视场。

(3)转动检偏镜,观察并熟悉视场明暗变化得规律,掌握零度视场得特点就是测量旋光度得关键。零度视场即三分视界线消失,三部分亮度相等,且视场较暗。

(4)检查仪器零位就是否正确。在试管未放入仪器前,掌握双游标得读法,观察零度视场得位置与零位就是否一致。若不一致,说明仪器有零位误差,记下此时读数。重复测定零位误差三次,取其平均值。注意应在读数中减去(有正负之分)。 2、测定旋光溶液得比旋光度

(1)实验室事先将制备好得标准溶液注满试管。

(2)将试管放入旋光仪得槽中,转动度盘,再次观察到零度视场时,读取,重复三次求出平均值。算出旋光度。

(3)将φ、l、c代入式154,计算出标准溶液得比旋光度。并注意标明测量时所用得波长与测量时得温度。 3、测量糖溶液得浓度

将长度已知,性质与标准溶液相同,而溶液浓度未知得溶液试管,放入旋光仪中,测量其旋光度φ。将测得得旋光度φ、溶液试管长度l与前面测出得比旋光度代入式153,求出该溶液得浓度c。 注意事项

1.溶液注满试管,旋上螺帽,两端不能有气泡,螺帽不宜太紧,以免玻璃窗受力而发生双折射,引起误差。

2.试管两端均应擦干净方可放入旋光仪。 3.在测量中应维持溶液温度不变。

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4.试管中溶液不应有沉淀,否则应更换溶液。 问题讨论

1.测量糖溶液浓度得基本原理?

2.什么叫左旋物质与右旋物质?如何判断? 附录

一、 WXG4小型旋光仪

WXG4小型旋光仪光路如图151所示。

12 物质得旋光性测量得简单原理如图152所示。首先将起偏镜与检偏镜得偏振化方向调到正交,我们观察到视场最暗。然后装上待测旋光溶液得试管,因旋光溶液得振动面得旋转,视场变亮,为此调节检偏镜,再次使视场调至最暗,这时检偏镜所转过得角度,即为待测溶液得旋光度。

11 由于人们得眼睛很难准确地判断视场就是否全暗,因而会引起测量误差。为此该旋10 光源 光仪采用了三分视场得方法来测量旋光溶液得旋光度。从旋光仪目镜中观察到得视场分眼睛 1 2 3 4 5 6 8 9 7 溶液 13 为三个部分,一般情况下,中间部分与两边部分得亮度不同。当转动检偏镜时,中间部分与两P1 P2 边部分将出现明暗交替变化。图153中列出四种典型情况,即(a)中央为暗区,两边为亮区;(b)

图151 旋光仪得光学系统 图152 物质得旋光性测量简图 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。

1、光源;2、毛玻璃;3、聚光镜;4、滤色镜;5、起偏镜;6、半波片;7、 试管;8、检偏镜;9、物、目镜组;10、读数放大器;11、调焦手轮;12、 由于在亮度不太强得情况下,人眼辨别亮度微小差别得能力较大,所以常取图153(b)所度盘与游标;13、度盘转动手轮 示得视场为参考视场。并将此时检偏镜得位置作为刻度盘得零点,故称该视场为零度视场。 当放进了待测旋光液得试管后,由于溶液得旋光性,使线偏振光得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得角度,才能再次瞧到图153(b)所示得视场,

三分视界消失 中间为暗区中间为亮区三分视界消失

这个角度就就是旋光度,它得数值可以由刻度盘与游标上读出。 视场较亮

两边为亮区 两边为暗区 视场较暗 (b) 为了操作方便,整个仪器得光学系统以50°倾角安装在基座上、光源用(d) 50W钠光灯,(a) (c) 波长为5893A。检偏镜与刻度盘连接在一起,利用手论可作精细转动。本旋光仪采用得就图153 转动检偏镜时,目镜中视场明暗变化 是双游标读数,以消除刻度盘得中心偏差。刻度盘分度360格,每格1°,游标分20格,它与刻度盘19格等长,故仪器得精密度为0、05°。 二、附表 (1)测定零位误差 1 左 右 左 2 右 左 3 右 (度) (2)测定旋光溶液得比旋光度

试管 长度 l (d) 浓度c (g/100ml) 读数 1 2 3 平均值 (度) 旋光度 溶液比旋光度 (度·ml·dm1·g) 1左 右 左 右 左 右 (3)测量糖溶液得浓度 试管长度l(dm) 左 读数 1 右 左 2 右 左 3 右 平均值 (度) 旋光度 (度) 溶液浓度c (g/100ml)