4.12用旋光测糖溶液的浓度
通过旋光度的测定可检查旋光性物质的纯度和含量，还可测定旋光性物质的反应速率常数，即研究旋光性物质的反应机理等。当这种平面偏振光通过旋光物质的溶液时，光的偏振面会向右旋转一定的角度，则该物质有右旋光性。同样道理，向左旋转的称为左旋光性。 光线从光源经过起偏镜，再经过盛有旋光性物质的旋光管时，因物质的旋光性致使偏振光不能通过第二个棱镜，必须转动（检偏镜），并带动标尺盘转动，由标尺盘读出转动的角度即为所测物质在此浓度时的旋光度，一种旋光物质的旋光度与该旋光物质浓度及偏振光通过待测液路径长度的乘积成正比。因此，在旋光检测仪中可以根据旋光度的大小来测定某物质溶液的浓度。
【实验目的】
1. 观察光的偏振现象和偏振光通过旋光物质后的旋光现象；
2. 了解旋光仪的结构原理；
3. 学习测定旋光性溶液的旋光率和浓度的方法；
4. 掌握用图解法处理数据.
【实验仪器】
WXG-4型圆盘旋光仪（如图4-12-1），盛未知浓度的葡萄糖溶液玻璃管数根。
图4-12-1WXG-4型旋光仪
【实验仪器介绍】
用WXG-4型旋光仪来测量旋光性溶液的旋光角，其结构如图4-12-2所示.为了准确地测定旋光角，仪器的读数装置采用双游标读数，以消除度盘的偏心差.度盘等分360格，分度值α=1°，角游标的分度数n=20，因此，角游标的分度值i=1/20=0．05º，与20分游标卡尺的读数方法相似。度盘和检偏镜联结成一体，利用度盘转动手轮作粗(小轮)、细(大轮)调节.游标窗前装有供读游标用的放大镜.
仪器还在视场中采用了半荫法比较两束光的亮度，其原理是在起偏镜后面加一块石英晶体片，石英片和起偏镜的中部在视场中重叠，如图4-12-3所示，将视场分为三部分.并在石英片旁边装上一定厚度的玻璃片，以补偿由于石英片的吸收而发生的光亮度变化，石英片的光轴平行于自身表面并与起偏镜的偏振化方向夹一小角θ (称影荫角).由光源发出的光经过起偏镜后变成偏振光，其中一部分再经过石英片，石英是各向异性晶体，光线通过它将发生双折射.可以证明，厚度适当的石英片会使穿过它的偏振光的振动面转过2θ角，这样进入测试管的光是振动面间的夹角为2θ的两束偏振光. 在图4-12-4中, OP表示通过起偏镜后的光矢量，而OP´则表示通过起偏镜与石英片后的偏
振光的光矢量，OA表示检偏镜的偏振化方向，OP和OP´与OA的夹角分别为β和β'，OP和OP´在OA轴上的分量分别为OPA和OP´A。转动检偏镜时，OPA和n2200OP´A的大小将发生变化，于是从目镜中所看到的三分视场的明暗也将发生变化(见图4-12-4的下半部分).图中画出了四种不同的情形：
(1)。从目镜观察到三分视场中与石英片对应的中部为暗区，与起偏镜直接对应的两侧为亮区，三分视场很清晰.当水冷机柜时，亮区与暗区的反差最大，如图木盒制作4-12-4（1）所示。
(2) 。三分视场消失，整个视场为较暗的黄，出现暗视场一分视野，如图4-12-4（2）所示。
(3) 。视场又分为三部分，与石英片对应的中部为亮区，与起偏镜直接对应的两侧为暗区.当时，亮区与暗区的反差最大，出现三分视野，4-12-4（3）所示。
(4) 。三分视场消失.由于此时OP和OP´在OA轴上的分量比第二种情形时大，因此整个视场为较亮的黄，出现亮视场一分视野，如图4-12-4（4）所示。
由于在亮度较弱的情况下，人眼辨别亮度微小变化的能力较强，所以取图4-12-4（2）情形的视场为参考视场，并将此时检偏镜偏振化方向所在的位置取作度盘的零点。
实验时，将旋光性溶液注入已知长度L的测试管中，本实验测试试管长度L=2.000分米。把
测试管放入旋光仪的试管筒内，这时OP和OP´两束线偏振光均通过测试管，它们的振动面都转过相同的角度α，并保持两振动面间的夹角为2θ不变.转动检偏镜使视场再次回到图4-12-4（2）状态，则检偏镜所转过的角度就是被测溶液的旋光角α。
【预习要求】
1.理解旋光度的定义；
2.了解影响旋光度的因素；
3.了解旋光度的测定意义；
4.了解碳水化合物的旋光现象；
5.思考本实验中如何保护旋光仪。
【实验原理】
一、旋光性的原因
单糖等有机物是否有旋光性，与它的分子结构有关。如果分子内部结构是对称的柿子削皮机(如具有对称面、对称中心、对称轴等)，就没有旋光性；反之就有旋光性。
生物体内存在的有机分子主要是由C、H、O、N四种元素组成的，其中只有C原子有可能形成不对称性。原因是C原子表现为四价，即可与四个原子或原子团共价连接，如果连接的四个原子或原子团是能对称排列的，这个分子就表现为对称性；否则就表现为不对称性，这个C原子就称为不对称碳原子，或称为不对称中心、手性碳原子、手性中心。大部分单糖都有至少一个不对称中心(二羟丙酮除外)。
二、偏振光的基本概念
根据麦克斯韦的电磁场理论，光是一种电磁波。光的传播就是电场强度E和磁场强度H以横波的形式传播的过程。而E与H互相垂直，也都垂直于光的传播方向，因此光波是一种横波.由于引起视觉和光化学反应的是E，所以E矢量又称为光矢量，把E的振动称为光振动，E与光波传播方向之间组成的平面叫振动面.光在传播过程中，光振动始终在某一确定方向的光称为线偏振光，简称偏振光[见图4-12-5（a）]。普通光源发射的光是由大量原子或分子辐射而产生，单个原子或分子辐射的光是偏振的，但由于热运动和辐射的随机性，大量
原子或分子所发射的光的光矢量出现在各个方向的概率是相同的，没有哪个方向的光振动占优势，这种光源发射的光不显现偏振的性质，称为自然光[见图4-12-5（b）]。还有一种光线，光矢量在某个特定方向上出现的概率比较大，也就是光振动在某一方向上较强，这样的光称为部分偏振光[见图4-12-5（c）]。
三、偏振光的获得和检测
将自然光变成偏振光的过程称为起偏，热气球燃烧器起偏的装置称为起偏器。常用的起偏器有人工制造的偏振片、晶体起偏器和利用反射或多次透射(光的入射角为布儒斯特角)而获得偏振光。自然光通过偏振片后，所形成偏振光的光矢量方向与偏振片的偏振化方向(或称透光轴)一致.在偏振片上用符号“”水利u型槽成型机表示其偏振化方向。
鉴别光的偏振状态的过程称为检偏，检偏的装置称为检偏器。实际上起偏器也就是检偏器，两者是通用的。如图4-12-6所示，自然光通过作为起偏器的偏振片①以后，变成光通量为的偏振光，这个偏振光的光矢量与偏振化方向②同方位，而与作为检偏器的偏振片③的偏振化方向④的夹角为。根据马吕斯定律，通过检偏器后，透射光通量
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