(完整精品)大学物理实验报告之旋光仪

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1、大学物理实验报告评分姓名学号学院班级实验日期2017年6月13日实验地点：实验楼B415室实验名称用旋光仪测量液体的浓度组号第组【实验目的】1.了解旋光仪的原理及构造。2.观察偏振光通过旋光性药物的旋光现象。3.掌握用旋光仪测量旋光性物质溶液浓度的方法。【实验器材】旋光仪、待测溶液（蒸馏水、葡萄糖、维生素Ｃ、左旋多巴）、温度计。【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。若光的矢量方向是任

2、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（例如葡萄糖溶液）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，这种现象称为旋光现象（如图1），能使其振动面旋转的物质称为旋光性物质，旋转的角度φ称为旋光度。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、松节油、各种糖类及酒石酸都是旋光物质。不

3、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，使偏振光的振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质；使振动面沿逆时针旋转的物质称为左旋物质。物质的旋光性是和它的生理活性密切相关的。例如，某些药物中具有左旋特性的成分是对生物有效的，而具有右旋特性的成分可能是完全无效的。又如某些物质用特定的溶剂配制时，为左旋；以另一种溶剂配制时又表现为右旋。因此，对旋光现象的观察，能帮助我们分析药物的作用机制，以及研究怎样通过合理的溶质、溶剂的配制来提高药物的疗效，这在药物分析及制剂中经常要用到。振动面旋转的角度，在给定波长的情况下，对固体来说，与旋光物质的厚度成正比；而对液体

4、来说，不仅与厚度有关，还与旋光物质的溶液浓度成正比，用下式表示：（式1），式1中φ表示偏振光振动面旋转的角度，称为旋光度，它的单位为度；C表示溶液的浓度，单位为g/ml；L表示光通过的溶液厚度，单位为dm。比例常数α称为该旋光物质的旋光率，又称为比旋度。α的上下标t和λ分别表示实验时的温度和所用光源的波长，如用纳光源就记为D，即。若已知旋光物质在测量温度时的旋光率，测得旋光度后，根据式1就可以计算溶液浓度。如果溶液浓度已知，则能计算出物质在某一温度下的旋光率。由化学知识可知，分子结构的不对称是造成这种物质具有旋光性的原因。因此，我们还可以通过对旋光现象的观察，来鉴

5、定旋光性溶质的性质，研究物质的分子结构及结晶形状。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。光源溶液眼睛P1P2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。当转动检偏镜时，中间部分和两边部

6、分将出现明暗交替变化。图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。中间为暗区两边为亮区（a）中间为亮区两边为暗区（c）三分视界消失视场较暗（b）三分视界消失视场较亮（d）图3转动检偏镜时，目镜中视场明暗变化在图4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OPA和OPA´。转动检偏镜时，OPA和OPA´的大小将发生变化，于

7、是从目镜中所看到的三分视场的明暗也将发生变化(见图4的下半部分)。图中画出了四种不同的情形：(1)β´>β,OPA>OPA´，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β´=π/2时，亮区与暗区的反差最大。(2)β´=β,OPA=OPA´三分视场消失，整个视场为较暗的黄色。(3)β´<β,OPA

8、，因此整个