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1、三、旋光法三、旋光法3.1 3.1 自然光与偏振光自然光与偏振光3.2 3.2 偏振光的产生偏振光的产生3.3 3.3 旋光度与比旋光度旋光度与比旋光度3.4 3.4 变旋光作用变旋光作用3.5 3.5 旋光仪旋光仪 旋光法：应用旋光仪测量旋光性物旋光法：应用旋光仪测量旋光性物质的旋光度以确定其含量的分析方法。质的旋光度以确定其含量的分析方法。 旋光度和比旋光度是旋光性物质的主要旋光度和比旋光度是旋光性物质的主要物理性质。物理性质。通过旋光度和比旋光度的测定，通过旋光度和比旋光度的测定，可以检查光学活性化合物的可以检查光学活性化合物的纯度，纯度，也可以定也可以定量分析有关化合物溶液的量分析有关
2、化合物溶液的浓度浓度。 光是一种电磁波，即光波的振动方向与其前进方向互相垂直。光是一种电磁波，即光波的振动方向与其前进方向互相垂直。自然光有无数个与光的前进方向互相垂直的光波振动面。自然光有无数个与光的前进方向互相垂直的光波振动面。若光线前进的方向指向我们，则与之互相垂直的光波振动平面可表示为如图（a），图中箭头表示光波振动的方向。若使自然光通过尼科尔棱镜，由于振动面与尼科尔棱镜的光轴平行的光波才能通过尼科尔棱镜，所以通过尼科尔棱镜的光，只有一个与光的前进方向互相垂直的光波振动面，如图（b）。这种仅在一个平面上振动的光叫偏振这种仅在一个平面上振动的光叫偏振光光。3.1 自然光与偏振光自然光与偏
3、振光 通常用以下两种方法产生偏振光：尼科尔棱镜或偏振片。通常用以下两种方法产生偏振光：尼科尔棱镜或偏振片。 3.2.1尼尼科科尔尔棱棱镜镜 一块方解石的菱形六面体末端的表面磨光，使镜角等于68，将之对角切成两半，把切面磨成光学平面后，再用加拿大树胶粘起来，便成为一个尼科尔棱镜（见图2-2-10 ）。由于方解石的光学特性，当自然光L射入棱镜中时，发生双折射，产生两道振动面互相垂直的平面偏振光。其中MO称为寻常光线，MP称为非常光线。方解石对它们的折射率不同，对寻常光线的折射率是1.658；对非常光线的折射率是1.486。加拿大树胶对两种光线的折射率都是1.55。寻常光线由方解石到加拿大树胶是由光
4、密介质到光疏介质，因其入射角（7625）大于临界角（6912），发生全反射而被涂黑的侧面吸收。非常光线由方解石到加拿大树胶是由光疏介质到光密介质，必将发生折射通过加拿大树胶，由棱镜的另一端面射出，从而产生了平面偏振光。3.2 偏振光的产生偏振光的产生3.2.23.2.2偏振片偏振片 利用偏振片也能产生偏振光。它是利利用偏振片也能产生偏振光。它是利用某些双折射晶体（如电气石）的二色性，即可选择用某些双折射晶体（如电气石）的二色性，即可选择性吸收寻常光线，而让非常光线通过的特性，把自然性吸收寻常光线，而让非常光线通过的特性，把自然光变成偏振光。光变成偏振光。 尼科尔棱镜示意图3.3 旋光度旋光度
5、3.3.1旋旋光光性性、旋旋光光性性物物质质 分分子子结结构构中中有有不不对对称称碳碳原原子子，能能把把偏偏振振光光的的偏偏振振面面旋旋转转一一定定角角度度的的物物质质称称为为光光学学活活性性物物质质。许许多多食食品品成成分分都都具具有有光光学学活活性性，如如单单糖糖、低低聚聚糖糖、淀淀粉粉以以及及大大多多数数的的氨氨基基酸酸和和羟羟酸酸等等。其其中中能能把把偏偏振振光光的的振振动动平平面面向向右右旋旋转转的的，称称为为“具具有有右右旋旋性性”，以以（十十）号号表表示示；反反之之称称为为“具具有左旋性有左旋性”，以（一）号表示。，以（一）号表示。3.3.2旋光度旋光度 l 偏振光通过光学活性物
6、质的溶液时，其振偏振光通过光学活性物质的溶液时，其振动平面所旋转的角度叫做该物质溶液的旋光度，动平面所旋转的角度叫做该物质溶液的旋光度，以以表示。表示。l 旋光度的大小与光源的波长、温度、旋光旋光度的大小与光源的波长、温度、旋光性物质的种类、溶液的浓度及液层的厚度有关。性物质的种类、溶液的浓度及液层的厚度有关。对于特定的光学活性物质，在光源波长和温度对于特定的光学活性物质，在光源波长和温度一定的情况下，其旋光度一定的情况下，其旋光度与溶液的浓度与溶液的浓度c c和液和液层的厚度层的厚度L L成正比。成正比。l 即：即：KcL3.3.3 比旋光度比旋光度l 当当旋旋光光性性物物质质的的浓浓度度为
7、为 1gml，液液层层厚厚度度为为 ldm时时所所测测得得的的旋旋光光度度称称为为比比旋旋光光度度，以表示 。由上式可知：l K11Kl 即： l 式中： 比旋光度，度；l t 温度，l 光源波长，nm；l 旋光度，度；l L液层厚度或旋光管长度，dm；l c溶液浓度，gml。 比旋光度与光的波长及测定温度有关。通比旋光度与光的波长及测定温度有关。通常规定用常规定用钠光钠光D线（波长线（波长 589.3nm）在在20时测定时测定，在此条件下，比旋光度用，在此条件下，比旋光度用 表示表示l 因在一定条件下比旋光度因在一定条件下比旋光度 是已知的，是已知的，L为一定，故测得了旋光度就可计算出旋光为
8、一定，故测得了旋光度就可计算出旋光质溶液中的浓度质溶液中的浓度c。 3.4 变旋光作用变旋光作用 3.4.1 3.4.1定义定义 具有光学活性的还原糖类（如具有光学活性的还原糖类（如葡萄糖，果糖，乳糖、麦芽糖等），在溶解葡萄糖，果糖，乳糖、麦芽糖等），在溶解之后，其旋光度起初迅速变化，然后渐渐变之后，其旋光度起初迅速变化，然后渐渐变得较缓慢，最后达到恒定值，这种现象称为得较缓慢，最后达到恒定值，这种现象称为变旋光作用。变旋光作用。 这这是是由由于于有有的的糖糖存存在在两两种种异异构构体体，即即型型和和型型，它它们们的的比比旋旋光光度度不不同同。这这两两种种环环型型结结构构及及中中间间的的开开链
9、链结结构构在在构构成成一一个个平平衡衡体体系系过过程程中中，即即显显示示出出变变旋旋光光作作用。用。 3.4.2 变旋现象变旋现象 因此，在用旋光法测定蜂蜜，商品葡萄糖等含有因此，在用旋光法测定蜂蜜，商品葡萄糖等含有还原糖的样品时，还原糖的样品时，样品配成溶液后，宜放置过夜再测样品配成溶液后，宜放置过夜再测定。定。若需立即测定，可将中性溶液（若需立即测定，可将中性溶液（pH=7pH=7）加热至沸，加热至沸，或加几滴氨水后再稀释定容；若溶液已经稀释定容，或加几滴氨水后再稀释定容；若溶液已经稀释定容，则可加入碳酸钠干粉至石蕊试纸刚显碱性。则可加入碳酸钠干粉至石蕊试纸刚显碱性。在碱性溶在碱性溶液中，
10、变旋光作用迅速，很快达到平衡。液中，变旋光作用迅速，很快达到平衡。但微碱性溶但微碱性溶液不宜放置过久，温度也不可太高，以免破坏果糖。液不宜放置过久，温度也不可太高，以免破坏果糖。3.5 旋光仪旋光仪3.5.1 WXG型半荫旋光仪3.5.2 检糖计3.5.3 WZB自动旋光仪3.5.1WGX型半荫旋光仪3.5.1.1 结构和原理 起偏棱镜一般用尼科尔（Nicol)棱镜，以获得偏振光。 旋光管盛装待测液的玻璃管。 检偏棱镜仍用尼科尔（Nicol)棱镜，用以检测从旋光管射出的偏振光振动平面与原来相比较的角度（可由刻度盘上的数值读出）。旋光仪结构示意图3.5.1.2测定方法比旋光度的测定 旋光仪的校准
11、 将旋光管洗净、盛装蒸馏水后恒温，放入旋光仪中。调整检偏镜角度，使三分视野消失（图）将此读数作为零点。 测定待测液旋光度 旋光管（干燥清洁）装入待测液（应澄清且无气泡）恒温后，装入旋光仪。调整检偏镜使出现的三分视野恰好消失，次角即旋光角，可由刻度盘上读出。往往重复两次，再做比它稀释1倍的旋光度，以确定其真实的旋光度。实验过程中应注意温度恒定。 根据记录,用公式计算待测溶液的比旋光度 = 在记录时,应同时记录旋光方向和所用溶剂. 例如测d-酒石酸时 =+14.40(水) 旋光仪测出的第一遍读数不一定是准确的旋光度数值,它可能是测出值 n 180（n=1，2，3，）。因此可用稀释1倍的溶液或使旋光
12、管缩短1/2，则应用原值的1/2和 n 180的关系计算求出。旋光度的测定 比旋光度的计算和记录3.5.2检糖计 检糖计专用于糖类的测定。故刻度数值直接表示检糖计专用于糖类的测定。故刻度数值直接表示为蔗糖的百分含量（为蔗糖的百分含量（W/VW/V），），其测定原理与旋光计相其测定原理与旋光计相同。在结构上有以下特点（见图同。在结构上有以下特点（见图2-2-112-2-11） 检糖计的基本光学元件 (1)起偏器、半棱镜和检偏器都是固定不动的，三者的光轴之间所成的角度与半影式旋光计在零点时的情况相同。在检偏器前装有一个石英补偿器，它由一块左旋石英板和两块右旋石英楔组成，两边的石英片固定，中间的可上
13、下移动，且与刻度尺相联系。移动中间的石英楔可调节右旋石英的总厚度。当右旋石英的厚度与左旋石英的厚度相等时，整个石英补偿器对偏振光无影响，偏振光进行情况与半影式旋光计在零点时的情况完全一样，视野两半圆的明暗程度相同，此为检糖计的零点。在零点的情况下，若在光路中放入左（或右）旋性糖液，则视野两半圆明暗程度会不同。这时可移动中间石英楔以增加（或减小）右旋石英的厚度，使整个补偿器为右（或左）旋，便可补偿糖液的旋光度，使视野两半圆明暗程度又变相同。根据中间石英楔移动的距离，在刻度尺上就反映出了糖液的旋光度。（2）检糖汁的另一个特点是以白日光作为光源。这是利用石英和糖液对偏振白光的旋光色散程度相近这一性质
14、。偏振白光通过左（或右）旋性糖液发生旋光色散后，再通过右（或左）旋性石英补偿器时又发生程度相近但方向相反的旋光色散。这样又产生了原来的偏振白光，尚存的轻微色散采用滤光片即可消除。所以检糖计可以采用白日光作光源。（3）检糖计读数尺的刻度是以糖度表示的。最常用的是国际糖度尺，以0S表示。其标定方法是：在20时，把26.000g纯蔗糖配成100ml的糖液，用200mm观测管以波长=589.4400nm的钠黄光为光源测得的读数定为100 0S 。1 0S相当于100ml糖液中含有0.26g蔗糖。读数为0S ，表示100ml糖液中含有0.26g蔗糖。3.5.3 自动旋光仪3.5.3.1仪器：WZZ2B自
15、动旋光仪 附20W钠光灯 容量瓶100mL 烧杯250mL 分析天平3.5.3.2步骤 配制糖液及样液仪器预热校正测试3.5.3.2 步骤a 配制葡萄糖溶液：准备称取5g（准至小数点后四位），葡萄糖于150mL烧杯中，加50mL水和0.2mL浓氨水溶液，放置30min后，将溶液转入100mL容量瓶中，以水稀至刻度。然后将容量瓶放入200.5的恒温水浴中恒温。b 将仪器电源插入220V交流电源（要求使用交流电子稳压器）并将接地脚可靠接地。c 向上打开电源开关，这时钠光灯在交流工作状态下起辉经5分钟，钠光灯激活后，钠光灯才发光稳定。d 向上打开电源开关（若光源开关板上后，钠光灯熄灭，则再将光源开关
16、上下重复扳动1到2次，使钠光灯在直流下电亮，为正常）。e 打开测量开关，这时数码管应有数字显示。f 将装有蒸馏水或其它空白溶剂的试管放入样品室，盖上箱盖，待示数稳定后，按清零按扭，试管中若有气泡，应先让气泡浮在凸颈处。通光面两端的雾状水滴，应用软布搽干。试管螺帽不宜旋的过紧，以免产生应力，影响读数，试管安放时，应注意正确的位置和方向。g 取出试管，并待样品注入试管，按相同的位置和方向放入样品室内，盖好箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光率，注意试管应用旋光仪测试样洗湿数次。h 逐次按下复测按扭，重复读几次，取平均值做该样品的测定结果。 i 如果样品超过测量范围仪器在40处来回振荡，此时取出试管，仪器即自动转回零位，此时可将试液稀释一倍再测。 j 仪器使用完毕后，应依次关闭测量光源电源开关。k 钠灯在电流供电后系统出现故障不能使用时，仪器也可在钠灯交流供电（光源、开关、不向上升高）的情况下测试，但仪器的性能可能略有降低。l 当放入样品小于0.5时，系数可能变化。这时只要按复测按扭，就会出现新的数字。
