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1、编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第1页 共1页西华大学教案章节名称第四章 物理分析第二节 折光法 第三节 旋光法教学时数2授课方式多媒体教学目的及要求1掌握折光法、阿贝折光仪的基本原理及测定样品的原理2掌握旋光法、旋光仪的基本原理及测定样品的原理。3了解仪器的结构教学重点与难点阿贝折光仪、圆盘旋光仪的基本原理及测定样品的原理。讨论练习作业1 阿贝折光仪、圆盘旋光仪的基本原理及测定样品的原理。教学手段讲授参考资料分析化学具体内容第二节 折光法一、折光率光线由光疏介质进入光密介质时,折射线恒偏近于法线,入射角恒大于折射角(图45(a)。反之,光线由光密介质进入光疏
2、介质时,折射线恒偏离于法线,入射角恒小于折射角。但无论如何,入射角正弦与折射角正弦之比恒为定值,此比值称为折光率(或折光系数),是物质的特征常数之一。任何物质对真实(实际上是对空气,因为空气折光率以黄色光为光源时,其n100027,即几乎等于1)的折光率叫做绝对折光率。物质的折光率与入射光的波长、温度有关,一般在折光率n的右下角注明波长,右上角注明温度,如n20D,其中D表示用钠灯为光源,20表示测定时温度为20。二、全反射当光线从折光率n1的介质进人折光率n2的介质时,可得如下关系式:也就是说,两物质的相对折光率等于它们的绝对折光率之比。根据上述原理,当光线由光密介质(如棱镜)射入光疏介质(
3、如被测溶液)时,使人射角逐渐增大,则终必会到达一点,其折射线与法线成直角,此时折射线不再透入光疏介质里,而是沿着两种物质的界面平行射出,这种现象称为全反射,发生全反射时的入射角称为临界角。图45(b)中,当光线由光密介质U处射入光疏介质,其入M角1为临界角时,则折射光将从两介质的界面OS射出,反射线OU显得格外明亮。反则光线从SO位置逆向射入,则OT的右方就会完全黑暗,而左方仍然明亮(最亮的地方是OU处),形成黑白明显的分界。这种情况很容易从折光计中旋转棱镜的角度来达到;于是入射角2为90,即:折光计就是根据这个原理制成的,其中n1是棱镜的绝对折光率,为已知数,1可从棱镜的旋转角度读出,则被测
4、试液的绝对折光率n2便可以求知。三、几种折光计介绍折光计的形式和种类很多,一般是刻有折光率读数,但也有直接到有糖溶液体积百分浓度或重量百分浓度。由于折光率不受溶液表面张力、粘度等的影响,所见折光法测糖锤度较比重法更为准确。()阿贝(Abbe)折光计阿贝折光计是最常用的普通折光计,用于测定溶液的折光率。1原理与结构阿贝折光计的主要部件是南个互相倒造而紧贴着的棱镜(见图4-7) EDF及ABC,其折光率为1.75。角C与角D均为90,角B与角E均为60,棱镜之间放一薄层试液ABEF,其厚度约为0.15毫米。光线L通过下面的棱镜 1点射入A B液面时,由于试液的拆光率不同,有一部分反射或全反射。当折
5、光计的棱镜被旋至入射角IOh而达到临界角时,则光线受试液的折光作用,其斜度较IO为小者(即所有IO临界线左方的光线)可折射入试液内,然后通过上面棱镜(如图47中的S、S、S”及U、U、U”等)投射到望远镜的物镜而汇集于视野xy,呈现光亮。其平行于IO者则沿着BA面折射出。其外度较IO为大者(即IO右方光线)则从试液面上发生全反射,不再通过上面的棱镜而呈黑暗。两棱镜由金属套包着,套内有保温装置,并附有温度计,测定时规定温度为20。整个仪器连结在一个可见旋转的臂上,附有放大镜,只使观测读数。望远镜简内除接物镜与接目镜之外,还有斜交的十字线,以作为全反射临界线的交点。阿贝折光计没有色散补偿器,装配在
6、望远镜筒的延伸部分,位于物镜和双棱镜之间。它由两组棱镜(称Amici棱镜),类似直视分光镜,对光谱中的黄色D线(5893纳米)不产生色散。此两组棱镜通过补偿旋钮调节,两者转动方向相反,如图48所示。每一组棱镜包括两个无铅玻璃(冕玻璃, Crown glass)棱镜和一个带直角的燧石玻璃(flint glass)棱镜,后者位于中间。当两组棱镜沿光轴各以相反方向旋转90(即与原来位置相差180),则借两倒置棱镜(BCD及BCD)之助,将通过折光棱镜所引起色激光复合而成白光,使视野黑白分明,不为色散所干扰。这种折光计还可以在反射光中使用,此时只用上面棱镜,下面棱镜只作为掩盖,其原理与透射光中一样,如
7、图49所示。当棱镜旋至入射角LOL达临界角时,LO成为临界线,所有平行于LO者即上方的线全反射,下方的线则尽射入溶液中。由于这是应用反射光来测定液体的折光率,与前述应用透射光恰成两个正反面,放所得黑白两个界面也相反,但同样得到明暗的分界。2校正纯水在20的折光率为1.33299,可用以校正折光计刻度。 由于折光率随温度而变化,故校正温度不是20时,可查附表46纯水折光率温度校正表.折光计常配备有一定折光率的透明玻璃板,其折光率标记在磨口的一面,此板专供仪器刻度校正之用。校正时,如图4-10所示,掀开下面棱镜,把上面棱镜的表面调整至水平位置(仪器倒转),用一滴折光率很高(通常仪器自备)的液体一溴
8、萘湿润上面的棱镜,借助于一溴萘的毛细作用,使试验板的光滑面与上面棱镜贴附。光源来自下面棱镜的金属盒内部光亮表面,按箭头方向折射至试验板P的下端。装妥之后,读取记录,并重复多次,取平均值。在每次重复贴附试验前,应将棱镜和试验板表面擦干净,再按同样手续装上。必须注意,因校正时仪器翻转,切勿将记录数值颠倒。如果所得平均数值与试验板上记录标准数不符,必须进行仪器调整。有些仪器是用一个固定销来调整扇形尺的指数,直至读数与试验板相同为止,注意视野中明暗分界线必须在十字形法交叉点上。另一种方法是调整十字形法线的位置,先将读数对准,使与试验板数值相符,然后用仪器自备的小螺丝10(见图4-6),使法线移动,直至
9、十字形法线的交叉点与明暗分界线准确重叠为止。3使用方法仪器应放置在水平台上,取废四射入散光或普通灯泡光源均可,如有恒温系统装置,则应同时装好20恒温系统。光源对准反射镜,使提过目镜能在视野中看到虹彩和十字线,如看不清十字线,调整目镜至清晰为止。放开棱镜,用纯水数滴并用擦镜纸清洗棱镜面,然后滴l2滴纯水于棱镜上,合拢。旋转到度旋钮,使明暗线恰在十字线天又点上,如有虹彩,则调节补偿旋钮,消除包鼓干扰,此时即可记录刻度尺上读数,并对照附表46,如果表中水的折光率与实际不符,则按前述校正方法调整。经校正后的仪器,用按镜纸擦干,滴上12滴样品,合拢,调节到度旋锡和补偿旋钮,使明暗线清晰地在十字交叉点上,
10、随即从刻度尺读出溶液折光率或百分浓度。每在操作完后,用水洗镜面并擦干。如果油质样品,则先用乙醚擦洗,再用水洗后擦干。凡强酸、强碱或具有腐蚀性物质,则切勿使用本仪器测定。第三节 旋光法一、偏振光光是一种电磁波,从光源发出的光,沿直线向各个方向传播,这就是普润的自然光,见图417(a)。如果光线在行进中,其中一部分光线被阻而不能通过,见图417(b)中虚线部分,而仅有在某一平面上的光线才能通过,这部分通过的光线称为偏振光,见图417(b)中的实线。二、偏振光的产生及物质的旋光性某些晶体如冰晶石(结晶碳酸钙),具有特殊的晶格结构,可经适当加工制成类似光栅性质的所谓“尼可尔”棱镜。当光线通过这种棱镜时
11、,部分光线被折射(或反射)而散失,只有平行于晶格结构(类似光栅)平面的光线才能通过,即产生了偏振光。图418为尼可乐棱镜示意图。当光线L射入棱镜时,发生双折射,产生MO和MP两条折射线。MO在胶合面层处以7626的入射角发生全反射(OR),而MP则平行于界面BC穿过晶体而射出(MPQS),这就是偏振光。有些物质如各种精(包括淀粉),大多数的氨基酸、羟基酸等,因其分子结构中存在不对称碳原子,能使偏振光的偏振面产生旋转作用,即所谓旋光现象,这些物质称为光学活性物质。光学活性物质对偏振光旋转的角度方向(左或右)及大小是该物质固有的特性。所谓旋光计,就是一种能产生偏振光的仪器,可用来测量光学活性物质对
12、确振光旋转角度的方向和大小,从而进一步定性与定量。三、旋光计结构与原理最简单的旋光计如图419所示。起偏器尼可尔棱镜将入射光偏振化产生偏振光,检偏器和起偏器互成十字形,因此偏振光通不过。如果将光学活性物质如糖溶液置于两者之间的旋光管中,由于精对偏振光有旋转能力,使德振光旋转成某一角度,这就有可能使偏振光部分地或全部地通过检偏器,此时如果将检偏器旋转至某一角度,即与精溶液旋转的角度大小相等方向相反,光线将重新被阻,根据检确器旋转角度的方间和大小进行定性与定量。起偏器尼可尔棱镜将入射光偏振化产生偏振光,检偏器和起偏器互成十字形,因此偏振光通不过。如果将光学活性物质如糖溶液置于两者之间的旋光管中,由
13、于糖对偏振光有旋转能力,使偏振光旋转成某一角度,这就有可能使偏振光部分地或全部地通过检偏器,此时如果将检偏器旋转至某一角度,即与糖溶液旋转的角度大小相等方向相反,光线将重新被阻,根据检确器旋转角度的方间和大小进行定性与定量。事实上,这种旅光计并无实用价值,因为要求将检偏器调整到将光线完全被阻,也就是视野全黑。这种操作不仅不便,也难于用目测判断黑暗程度的差别。若采用半影式的小棱镜装置,则视野中可出现两个半圆形光影,图420为半影式施光计示意图。光源L进入起偏器A产生偏振光,进入小棱镜B。B的位置消倾斜,使偏振光只有一半通过B,而另一半不通过B。通过B的光线产生了俪振面的旋转,使得整个偏振光分成强
14、度不同的两半。这两部分光线继续通过检愿器C,在视野内出现了强度不同的两半圆光影。也就是说两个偏光面之间产生了一个角度。如果C的光轮与左半源光面成直角,则左半嫣振光被逮住,只有右半部分通过,视野中左边黑暗,右边较明,见视野(甲)。反则出现视野(丙)的现象。如果C的光轴与左右两半偏光面都成适当角度,使左右两半幅光线以同等强度通过,则视野中两半圆明暗程度相同,见视野(乙),在仪器结构上定这一点为零。操作时首先要进行零点检查,核对视野的零点与仪器刻度零点是否一致。然后将盛有试波的旋光管T放火光路BC之间,原来两半偏光面构成的,J角度又被旋光性物质旋转成另一角度。出现了明暗度不同的两个半影。再度转C,使
15、两个半圆形明暗度再次相等,此时检偏器C旋转的角度即为试样的旋光度。较简单的旋光对使用纳光灯作光源,它发出的是单色黄光。因为混合波长的光线会产生各种角度的偏振光,结果造成旋光色散现象,若再添加石英调节器,则可直接使用普通灯泡为光源。旋光计的标尺刻度有多种,图421(a)是圆盘形刻度尺,用于测量族光角度,可记录至01 上部分为不能转动的主尺,下部分为能旋转的游标尺,游标尺每小格相当于0.1。图421(a)中,游标尺的0线指在2 和3 之间,而游标尺的05线与主尺中的刻度线对准,因此该尺的读数为25度线对准,因此该尺的读数为25度线对准,因此该尺的读数为25 。图421(b)是另一种刻度方法。右边游标尺的0.00位于标尺1350和1375之间,游标尺020的剽线正好和标尺划线对准,因此该尺的读数为1350 020 1370。旧式族光计划度分为60分,新式分为100分,旧式读数换算成新式读数应乘以100/60。