蔗糖溶液旋光率測量方法改進(jìn)

羅壘壘，焦志陽，宋海晨

(中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

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蔗糖溶液旋光率測量方法改進(jìn)

羅壘壘，焦志陽，宋海晨

(中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

簡單介紹了液體旋光物質(zhì)的測量原理，以及利用改進(jìn)的偏振光實(shí)驗(yàn)儀及旋光儀測量蔗糖溶液不同濃度的旋光率和松節(jié)油的旋光度，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算，并對結(jié)果進(jìn)行分析、討論。

旋光率；旋光儀；偏振

旋光儀是一種測量旋光物質(zhì)旋光度的儀器，目前大學(xué)實(shí)驗(yàn)中測量液體的旋光性廣泛使用的儀器為WXG-4型旋光儀。其特點(diǎn)是直接用肉眼觀察三分視場的變化，因此測量結(jié)果受實(shí)驗(yàn)者判斷力影響很大，特別是旋光儀在測量某些視場變化緩慢的旋光液體時(shí)其準(zhǔn)確度不高且長時(shí)間觀察易使人眼疲勞等不足之處[1-4]。文章在旋光儀基礎(chǔ)上改進(jìn)了其測量方法，通過偏振光實(shí)驗(yàn)儀使出射的光通過光功率計(jì)來調(diào)節(jié)角度，使實(shí)驗(yàn)誤差明顯降低。

1 液體的旋光特性原理

1.1 旋光現(xiàn)象和旋光物質(zhì)

偏振光在通過物質(zhì)后，其振動面會以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)過一定的角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象。具有旋光性質(zhì)的物質(zhì)稱為旋光物質(zhì)，例如石油、糖溶液、松節(jié)油等。旋光物質(zhì)很容易通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察.如圖1所示，起偏器和檢偏器的偏振方向相互垂直，在正交的兩偏振器之間放置待測溶液.當(dāng)一束單色自然光入射，經(jīng)起偏器起偏后變成了線偏振光，如果樣品室中沒有任何旋光物質(zhì)，則在檢偏器的視場中出現(xiàn)全暗；如果在品室中存放旋光溶液，則由于偏振光通過旋光物質(zhì)后振動面旋轉(zhuǎn)過了一個(gè)角度，檢偏器的視場就會變得明亮，這時(shí)如果旋轉(zhuǎn)檢偏器，使視場再次出現(xiàn)全暗，則檢偏器轉(zhuǎn)過的角度就是偏振光振動面轉(zhuǎn)過的角度[5-6]。

圖1 檢驗(yàn)偏光現(xiàn)象的試驗(yàn)方法

1.2 旋光度、旋光率

偏振光通過旋光物質(zhì)后，其振動面旋轉(zhuǎn)過一定的角度 稱為旋轉(zhuǎn)角度或旋光度，它決定了旋光物質(zhì)的性質(zhì)、厚度以及入射光的波長。

對于旋光溶液，旋光度 與偏振光通過的液柱長度L和溶液中旋光物質(zhì)的濃度C成正比，即

a=dL·C

在測量出旋光度之后，根據(jù)公式(1)可計(jì)算出液體的旋光度a。

2 測量方法

2.1 旋光儀測量法

當(dāng)放進(jìn)存有被測溶液的試管后，由于溶液具有旋光性，使平面偏振光旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，零度視場便發(fā)生了變化(如圖2a或2c)。轉(zhuǎn)動檢偏鏡一定角度，能再次出現(xiàn)亮度一致的視場。這個(gè)轉(zhuǎn)角就是溶液的旋光度，它的數(shù)值可通過放大鏡(10)

從度盤(11)上讀出，如圖2所示。

圖2 三分視場

2.2 偏振光實(shí)驗(yàn)儀測量法

偏振光實(shí)驗(yàn)儀測量液體旋光率原理與利用旋光儀測量原理基本是一樣的，其不同之處在于偏振光實(shí)驗(yàn)儀把透過旋光液的光線通過光功率計(jì)顯示出來。如圖3。

圖3 偏振光實(shí)驗(yàn)儀

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析

利用旋光儀測量不同濃度蔗糖溶液旋光度。

旋光儀在鈉光源(波長為589.3 nm)時(shí)測得的數(shù)據(jù)與偏振光實(shí)驗(yàn)儀在激光(波長為632.8 nm)時(shí)測得的數(shù)據(jù)如表1。

表1 200 mL試管中不同濃度蔗糖溶液與旋光度

圖4 利用偏振光實(shí)驗(yàn)儀測量的 曲線

根據(jù)公式(1)和圖4可計(jì)算出斜率=aL=125計(jì)算得旋光率a=125/200 mL=6.250 cm·(gcm3)

圖5 利用旋光儀測量的 曲線

根據(jù)公式(1)和圖5可計(jì)算出斜率為139計(jì)算得旋光率a=139/200 mL= cm·(gcm3)

蔗糖溶液的標(biāo)準(zhǔn)旋光率為 cm·(gcm3)，根據(jù)上面計(jì)算，可得利用旋光儀測量計(jì)算的實(shí)驗(yàn)誤差為6.0%，利用偏振光實(shí)驗(yàn)儀測量計(jì)算的實(shí)驗(yàn)誤差為4.5%.因此利用偏振光實(shí)驗(yàn)儀測量計(jì)算的蔗糖溶液的旋光率精度要高于利用偏振光實(shí)驗(yàn)儀測量計(jì)算的精度。

4 結(jié) 論

文章通過兩種方法來測量蔗糖溶液的旋光度，并計(jì)算蔗糖溶液的旋光率，根據(jù)與蔗糖溶液的標(biāo)準(zhǔn)旋光率比較得利用偏正光實(shí)驗(yàn)儀測量的蔗糖溶液的旋光率跟加準(zhǔn)確，偏振光實(shí)驗(yàn)儀可以測量光強(qiáng)大小，相對于人眼對光信號更加靈敏，因此，利用偏振光實(shí)驗(yàn)儀可以更精確測量旋光率，同時(shí)可以直接避免實(shí)驗(yàn)者人眼與光源的直接接觸，保護(hù)了實(shí)驗(yàn)者的安全。

[1] 李書光，張亞萍，朱海豐．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M]．實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)．北京：科學(xué)出版社，2012.

[2] 閻其昌，張和民.一種新型偏振光實(shí)驗(yàn)儀[J].物理實(shí)驗(yàn),1989:96-97.

[3] 張峰慧，旋光儀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),1998:651-652.

[4] 邱菊，嚴(yán)峰，胡國琦，等.旋光儀的該進(jìn)和實(shí)驗(yàn)功能拓展[J].物理實(shí)驗(yàn),2011:40-42.

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Improvement of Measuring Method of the Optical Rotation of Sucrose Solution

LUO Lei-lei,JIAO Zhi-yang,SONG Hai-chen

(China University of Petroleum,Shandong Qingdao 266580)

It introduces the principle of measurement of liquid optical material,and the use of improved experimental apparatus of polarized light and rotation measurement of sucrose solution of different concentrations of optical rotation rate and turpentine,to deal with the experimental data and calculation,and analyze the results and discussion.

rotation rate；rotation；the polarization

2016-05-21

1007-2934(2016)05-0019-03

O 4-33

A DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.005.005