实验十二-用旋光计测量糖溶液的浓度
用旋光计测定糖溶液的浓度
一、[仪器与用具]
旋光计,玻璃管,蔗糖溶液,钠灯。
二、[实验原理]
平面偏振光在某些晶体内沿其光轴方向传播时,虽然没有发生双折射,却发现透射光的振动面相对于原入射光的振动面旋转了一个角度。晶体的这种性质称为旋光性。后来从实验发现,某些液体也具有旋光性。如果迎着光的传播方向看,旋光性物质使振动面沿顺时针方向旋转,称为右旋物质;使振动面沿逆时针方向旋转,称为左旋物质。实验表明,振动面旋转的角度与其所通过旋光性物质的厚度成正比。若为溶液,则又正比于溶液的质量浓度c,此外,旋转角还与入射光波长及溶液温度等有关。对溶液来说,振动面的旋转角
lc (3-13-10)
式中l是以分米(dm)为单位的液柱长;c为溶液的质量浓度,代表每立方厘米溶液中所含溶质的质量(质量以克为单位);为比例系数,称为物质的旋光率,旋光率的定义是平面偏振光通过1dm长的液柱,在1cm3溶液中含有1g旋光物质时所产生的旋转角。纯洁蔗糖在20℃时,对于钠黄光,经多次测定确认66.50cm3/dmg。因此,若测出糖溶液的旋转角和液柱长l,即可按式(3-13-10)算出蔗糖溶液的质量浓度c。专门用于测量糖溶液浓度的旋光计,称为糖量计。
旋光计的结构如图3—13—8所示。S为光源(钠灯);F为聚光镜(固定);N1为起偏器(尼科耳棱镜);N2为检偏器(尼科耳棱镜),
图3—13—8
N2可以旋转,旋转的角度从N2所附的刻度盘R上读出;D为半荫片(一半是玻璃,一半是石英半波片;或两旁为玻璃,中间为石英半波片如图3—13—9所示),H为盛放溶液的管子;T为短焦距望远镜。
图3—13—9
由光源发出的单色光经N1后成为平面偏振光,其偏振面与Nl的主截面平行(
参看图
3—13—10),平面偏振光通过半荫片D的玻璃部分后,透射光的偏振面不变,设其振动方向为OA1,而通过石英半波片那一部分光的振动面却转过了一角度,设其振动方向为OA2。若H中未存放溶液,则由半荫片透出的两束光射至N2之前,振动方向不发生任何改变。当N2∥N1时,望远镜视场中看到的是A区域亮,B区域暗;当N2⊥N1时,A区域无光,B区域亮。如果旋转N2,当其主截面垂直或平行于角AlOA2的平分线OC时,OA1和OA2在N2方向上的分量将相等,视场两区域照度将相同。显然,N2∥OC时,照度较强;而N2⊥OC时,照度较弱。通常,取N2⊥OC的位置作为标准来进行调节,这是因为人眼在一定范围内,对于弱照度的变化较敏感,而且在此位置时,只要N2相对于OC略有偏转,两区域之一将明显变亮,另一将明显变暗,因此,易于判别,测量更为准确。
图3-13-11 图3—13—10
当H中盛有糖溶液时,振动面OA1和OA2都转过一定角度,而变为OA1′和OA2′(图3—13—11),视场中又呈现出不同的照度。欲再使视场中照度一样,必须将N2旋转至N2′位置,使N2′与A1′OA2′夹角的平分线OC′垂直。这样,N2转过的角度,即为平面偏振光振动面的旋转角,这一角度可从附于N上的刻度盘R读出,从而可算出被测糖溶液的质量浓度。专用糖量计往往直接标出糖溶液质量浓度,这就避免换算了。
三、[实验内容与方法]
1.测定旋光计的零点
将空管H置于旋光计中,并把钠灯S置于聚光镜F前,调节望远镜T,使能清楚看到视场的分界线,然后旋转N2,直至视场中A、B两区域弱照度相等。记录刻度盘R上的读数,重复十次,求其平均值,作为旋光计的零点0。
2.用蒸馏水洗涤H后,装入待测浓度的蔗糖溶液,要装满勿使其有气泡,并放入旋光
,重复计,转动N2,使视场中A、B两区域的弱照度再次相等,记录刻度盘R上的读数0
十次,求其平均值。
0即得平面偏振光振动面的旋转角,代入式(3-13-10)计算此溶液的质量 3.由0
浓度c,并与配制溶液时的质量浓度比较.
3实验时溶液的温度应维持在20℃,之值取66.50°cm/dm·g,从20℃开始,温度
33每升高l℃,值减小0.02°cm/dm·g,每降低l℃,值增加0.02°cm/dm·g。
思考题:
1.强度为I的自然光通过偏振片后,其强度I01I,为什么?应用偏振片时,马吕斯2
定律是否适用,为什么?
2.怎样才能产生左旋(右旋)椭圆偏振光?
3.圆偏振光经过4波片后,偏振态有什么改变?自然光通过4波片后其偏振态是怎样的?
4.椭圆偏振光和部分偏振光通过4波片后其偏振态各是怎样的?
5.旋光角的大小与哪些因素有关?