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1、个人收集整理 仅供参考学习大学物理实验报告 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地浓度组号第组【实验目地】1.了解旋光仪地原理及构造.2.观察偏振光通过旋光性药物地旋光现象.3.掌握用旋光仪测量旋光性物质溶液浓度地方法.【实验器材】旋光仪、待测溶液（蒸馏水、葡萄糖、维生素、左旋多巴）、温度计.【实验原理】光是电磁波，它地电场和磁场矢量互相垂直，且又垂直于光地传播方向.通常用电矢量代表光矢量，并将光矢量与光地传播方向所构成地平面称为振动面.在传播方向垂直地平面内，光矢量可能有各种各样地振动状态，被称为光地偏振态.若光地矢量方向是
2、任意地，且各方向上光矢量大小地时间平均值是相等地，这种光称为自然光.若光矢量可以采取任何方向，但不同地方向其振幅不同，某一方向振动地振幅最强，而与该方向垂直地方向振动最弱，则称为部分偏振光.若光矢量地方向始终不变，只是其振幅随位相改变，光矢量地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，偏振光地振动面将以光地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），能使其振动面旋转地物质称为旋光性物质，旋转地角度称为旋光度.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.不同地旋光性物质可使偏振光地振动
3、面向不同方向旋转.若面对光源，使偏振光地振动面顺时针旋转地物质称为右旋物质；使振动面沿逆时针旋转地物质称为左旋物质.物质地旋光性是和它地生理活性密切相关地.例如，某些药物中具有左旋特性地成分是对生物有效地，而具有右旋特性地成分可能是完全无效地.又如某些物质用特定地溶剂配制时，为左旋；以另一种溶剂配制时又表现为右旋.因此，对旋光现象地观察，能帮助我们分析药物地作用机制，以及研究怎样通过合理地溶质、溶剂地配制来提高药物地疗效，这在药物分析及制剂中经常要用到.振动面旋转地角度，在给定波长地情况下，对固体来说，与旋光物质地厚度成正比；而对液体来说，不仅与厚度有关，还与旋光物质地溶液浓度成正比，用下式表
4、示：（式1），式1中表示偏振光振动面旋转地角度，称为旋光度，它地单位为度；C表示溶液地浓度，单位为g/ml；L表示光通过地溶液厚度，单位为dm.比例常数称为该旋光物质地旋光率，又称为比旋度.地上下标t和分别表示实验时地温度和所用光源地波长，如用纳光源就记为D，即.若已知旋光物质在测量温度时地旋光率，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地旋光率.由化学知识可知，分子结构地不对称是造成这种物质具有旋光性地原因.因此，我们还可以通过对旋光现象地观察，来鉴定旋光性溶质地性质，研究物质地分子结构及结晶形状.物质地旋光性测量地简单原理如图2所示.首先将起偏
5、镜与检偏镜地偏振方向调到正交，我们观察到视场最暗.然后装上待测旋光溶液地试管，因旋光溶液地振动面地旋转，视场变亮，为此调节检偏镜，再次使视场调至最暗，这时检偏镜所转过地角度，即为待测溶液地旋光度.光源溶液眼睛P1P2图2 物质地旋光性测量简图由于人们地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地方法来测量旋光溶液地旋光度.从旋光仪目镜中观察到地视场分为三个部分，一般情况下，中间部分和两边部分地亮度不同.当转动检偏镜时，中间部分和两边部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，
6、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表示通过起偏镜后地光矢量，而OP则表示通过起偏镜与石英片后地偏振光地光矢量，OA表示检偏镜地偏振化方向，OP和OP与OA地夹角分别为和，OP和OP在OA轴上地分量分别为OPA和OPA.转动检偏镜时，OPA和OPA地大小将发生变化，于是从目镜中所看到地三分视场地明暗也将发生变化(见图4地下半部分).图中画出了四种不同地情形：(1),OPAOPA，从目镜观察到三分视场中与石英片对应地中部为暗区
7、，与起偏镜直接对应地两侧为亮区，三分视场很清晰.当=/2时，亮区与暗区地反差最大.(2)=,OPA=OPA三分视场消失，整个视场为较暗地黄色.(3),OPAOPA视场又分为三部分，与石英片对应地中部为亮区，与起偏镜直接对应地两侧为暗区.当=/2时，亮区与暗区地反差最大.(4)=,OPA=OPA三分视场消失，由于此时OP和OP在OA轴上地分量比第二种情形时大，因此整个视场为较亮地黄色.由于在亮度较弱地情况下，人眼辨别亮度微小差别地能力较强，所以常取图4（2）所示地视场为参考视场，并将此时检偏镜偏振化方向所在地位置作为刻度盘地零点，故称该视场为零度视场.当放进了待测旋光液地试管后，由于溶液地旋光性
8、，使线偏振光地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地角度，才能再次看到图4（2）所示地视场，这个角度就是旋光度，它地数值可以由刻度盘和游标上读出.实验时，将旋光性溶液注入已知长度L地测试管中，把测试管放入旋光仪地试管筒内，这时OP和OP两束线偏振光均通过测试管，它们地振动面都转过相同地角度，并保持两振动面间地夹角为2不变.转动检偏镜使视场再次回到图4(2)状态，则检偏镜所转过地角度就是被测溶液地旋光角.【实验步骤】1.首先用蒸馏水校正仪器地零点.打开光源几分钟后，调整目镜聚焦，使视场清晰，将装满蒸馏水地测试管置于测试管架上，旋转检偏镜使三部分（三萌板式旋光计)视野暗
9、度相等，记下分度盘读数，重复测量5次取平均值，此平均值即为零点，并做好记录.2.观察维生素、左旋多巴等药物地旋光性（定性）.将已装好地维生素、左旋多巴溶液地测试管先后置于测试管架上观察它们地旋光性，并注意它们地旋转方向，确定待测物质是左旋或是右旋.3.测定已知浓度葡萄糖溶液地旋光率.把装有浓度为5%地葡萄糖溶液地测试管放到测试管架内，旋转检偏镜使视场内三部分（三萌板式旋光计）一样暗时，记下刻度盘上地读数，重复5次取平均值，校正零点地读数后得到实际旋光度地读数，由式求出葡萄糖地旋光率，并与标准值进行比较，计算绝对误差和相对误差.4.测定葡萄糖溶液地浓度.用未知浓度地葡萄糖洛液，按上述方法测出旋光
10、度，应用步骤3中所求得地旋光率，计算未知溶液含糖百分比，并记下实验温度.【数据记录与处理】室温t=C1次2次3次管长L（mm）空管C标准C未标准浓度地糖溶液地旋光率=未知浓度糖溶液地浓度c=【原始实验数据粘贴处】【思考题】1 为什么用半荫法比只用起偏镜和检偏镜测旋光度更准确？因为人地眼睛难以准确地判断视场是否最暗，故多采用半荫法，用比较视场中相邻两光束地强度是否相同来确定旋光度.用两块偏振片测量时，需将两块偏振片地偏振轴调至正交，此时，从目镜中看到地视场将是最暗地，这就是测量需确定地零点.实际操作中，因人眼很难准确地判断视场是否最暗，即难以把握两块偏振片地偏振轴完全正交，所以测量时，判断较难，
11、误差较大.而采用半荫法，是用比较视场中相邻两光束地强度是否相同来代替视场是否达到最暗，即把目镜中三分视场地分界线消失、亮度均匀且较暗地状态作为参考视场（零点）进行测量，所以测量中既便于观察调节，又容易判断.由此可知用半荫法测量比单用两块偏振片测量更方便、更准确.2 为什么在装待测液地试管中不能留有较大气泡？因为若试管中留下较大气泡，则试管中地溶液厚度就不能用试管长度代替，而其厚度难以测定，故而影响对其旋光率和浓度地测定.同时，大地气泡会影响观察视场中地变化，从而影响旋光度地测量，所以试管中不应留有较大气泡.3实验结果地误差来源主要有哪些？1. 空程引入地误差实验中旋转检偏器地度盘转动手轮时，如
12、果操作不当会产生空程误差，正确地做法应该是朝一个方向旋转检偏器地度盘转动手轮，直到视场中三部分弱照度相等(零度视场)为止.2.调焦引入地误差没有放人糖溶液地时候我们调清晰地视场会在放入糖溶液后变得模糊，由于糖地折射率与溶液地浓度有关，因而不同浓度地试管放入后，由于折射率地变化，调清晰地视场也会变得模糊，均需要重新调节焦距，此时如果忘记调焦也会产生实验误差，如果每次测量都调焦会提高测量地精度.3.试管长度差异引起地误差对同一浓度地几只试管，由于长度不可能严格相等，同一浓度地不同试管换过之后也要注意，如果视场模糊也需调焦.4.气泡、温度、测量等引起地误差版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设
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