4.12用旋光測糖溶液的濃度通過旋光度的測定可檢查旋光性物質(zhì)的純度和含量，還可測定旋光性物質(zhì)的反應(yīng)速率常數(shù)，即研究旋光性物質(zhì)的反應(yīng)機理等。當(dāng)這種平面偏振光通過旋光物質(zhì)的溶液時，光的偏振面會向右旋轉(zhuǎn)一定的角度，則該物質(zhì)有右旋光性。同樣道理，向左旋轉(zhuǎn)的稱為左旋光性。光線從光源經(jīng)過起偏鏡，再經(jīng)過盛有旋光性物質(zhì)的旋光管時，因物質(zhì)的旋光性致使偏振光不能通過第二個棱鏡，必須轉(zhuǎn)動（檢偏鏡），并帶動標(biāo)尺盤轉(zhuǎn)動，由標(biāo)尺盤讀出轉(zhuǎn)動的角度即為所測物質(zhì)在此濃度時的旋光度，一種旋光物質(zhì)的旋光度與該旋光物質(zhì)濃度及偏振光通過待測液路徑長度的乘積成正比。因此，在旋光檢測儀中可以根據(jù)旋光度的大小來測定某物質(zhì)溶液的濃度?！緦嶒?zāi)康摹坑^察光的偏振現(xiàn)象和偏振光通過旋光物質(zhì)后的旋光現(xiàn)象；了解旋光儀的結(jié)構(gòu)原理；學(xué)習(xí)測定旋光性溶液的旋光率和濃度的方法；4.掌握用圖解法處理數(shù)據(jù).【實驗儀器】WXG-4型圓盤旋光儀（如圖4-12-1），盛未知濃度的葡萄糖溶液玻璃管數(shù)根。實驗儀器介紹】圖4-12-1WXG-4型旋光儀

丨上光燈2.丨上光燈2.KiRrtK亂最紊舞規(guī)4. 次膽常爍氐石英片1. 虻測拔寮■關(guān)試普凸応部柴苗，盤陽錢11一型班纜捕I匕廈fit創(chuàng)丼祐□.昭遠(yuǎn)盟関歩；戸牠1丄3!遠(yuǎn)懐n曬廿.旳播擔(dān)JS故丸憧16.ffiJtK^tfflSHT-ffi-|7,瞪眩弼訥厲河手輪圖4-12-2WXG-4型旋光儀結(jié)構(gòu)圖圖5圖5?石英片2,石英片光軸3.起偏鏡偏旅化方向4.起偏鏡5一起偏鏡協(xié)振化方向與石英片光袖的夾角圖4-12-3儀器還在視場調(diào)節(jié)用WXG-4型旋光儀來測量旋光性溶液的旋光角，其結(jié)構(gòu)如圖4-12-2所示.為了準(zhǔn)確地測定旋光角，儀器的讀數(shù)裝置采用雙游標(biāo)讀數(shù)，以消除度盤的偏心差.度盤等分360格，分度值a=1，角游標(biāo)的分度數(shù)n=20，因此，角游標(biāo)的分度值i=1/20=0.05°,與20分游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法相似。度盤和檢偏鏡聯(lián)結(jié)成一體，利用度盤轉(zhuǎn)動手輪作粗（小輪）、細(xì)（大輪）調(diào)節(jié).游標(biāo)窗前裝有供讀游標(biāo)用的放大鏡.儀器還在視場中采用了半蔭法比較兩束光的亮度，其原理是在起偏鏡后面加一塊石英晶體片，石英片和起偏鏡的中部在視場中重疊，如圖4-12-3所示，將視場分為三部分.并在石英片旁邊裝上一定厚度的玻璃片，以補償由于石英片的吸收而發(fā)生的光亮度變化，石英片的光軸平行于自身表面并與起偏鏡的偏振化方向夾一小角e（稱影蔭角）?由光源發(fā)出的光經(jīng)過起偏鏡后變成偏振光，其中一部分再經(jīng)過石英片，石英是各向異性晶體，光線通過它將發(fā)生雙折射.可以證明，厚度適當(dāng)?shù)氖⑵瑫勾┻^它的偏振光的振動面轉(zhuǎn)過2e角，這樣進(jìn)入測試管的光是振動面間的夾角為2e的兩束偏振光.在圖4-12-4中，OP表示通過起偏鏡后的光矢量，而0P'則表示通過起偏鏡與石英片后的偏振光的光矢量，OA表示檢偏鏡的偏振化方向，OP和0P'與OA的夾角分別為卩和卩'，OP和0P'在OA軸上的分量分別為OPA和OP）。轉(zhuǎn)動檢偏鏡時，OPA和OP）的大小將發(fā)生變化，于是從目鏡中所看到的三分視場的明暗也將發(fā)生變化（見圖4-12-4的下半部分）.圖中畫出了四種不同的情形：(DOO?(1^ (2) C3)圖4-12-4（1）卩'>卩,OP>OP'。從目鏡觀察到三分視場中與石英片對應(yīng)的中部為暗區(qū),AA與起偏鏡直接對應(yīng)的兩側(cè)為亮區(qū)，三分視場很清晰?當(dāng)『二兀/2時，亮區(qū)與暗區(qū)的反差最大，如圖4-12-4（1）所示。（2）卩'=卩,OP=OP'。三分視場消失，整個視場為較暗的黃色，出現(xiàn)暗視AA場一分視野，如圖4-12-4（2）所示。（3） 卩'<卩,OP<OP'。視場又分為三部分，與石英片對應(yīng)的中部為亮區(qū)，AA與起偏鏡直接對應(yīng)的兩側(cè)為暗區(qū)?當(dāng)B二兀/2時，亮區(qū)與暗區(qū)的反差最大，出現(xiàn)三分視野，4-12-4（3）所示。（4） 卩'=卩,OP=OP'。三分視場消失.由于此時OP和OP'在OA軸上的分量AA比第二種情形時大，因此整個視場為較亮的黃色，出現(xiàn)亮視場一分視野，如圖4-12-4（4）所示。由于在亮度較弱的情況下，人眼辨別亮度微小變化的能力較強，所以取圖4-12-4（2）情形的視場為參考視場，并將此時檢偏鏡偏振化方向所在的位置取作度盤的零點。實驗時，將旋光性溶液注入已知長度L的測試管中，本實驗測試試管長度L=2.000分米。把測試管放入旋光儀的試管筒內(nèi)，這時OP和OP'兩束線偏振光均通過測試管，它們的振動面都轉(zhuǎn)過相同的角度a并保持兩振動面間的夾角為20不變?轉(zhuǎn)動檢偏鏡使視場再次回到圖4-12-4（2）狀態(tài)，則檢偏鏡所轉(zhuǎn)過的角度就是被測溶液的旋光角a?！绢A(yù)習(xí)要求】理解旋光度的定義；了解影響旋光度的因素；了解旋光度的測定意義；了解碳水化合物的旋光現(xiàn)象；思考本實驗中如何保護(hù)旋光儀?！緦嶒炘怼恳?、旋光性的原因單糖等有機物是否有旋光性，與它的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。如果分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)是對稱的（如具有對稱面、對稱中心、對稱軸等），就沒有旋光性；反之就有旋光性。生物體內(nèi)存在的有機分子主要是由C、H、O、N四種元素組成的，其中只有C原子有可能形成不對稱性。原因是C原子表現(xiàn)為四價，即可與四個原子或原子團共價連接，如果連接的四個原子或原子團是能對稱排列的，這個分子就表現(xiàn)為對稱性；否則就表現(xiàn)為不對稱性，這個C原子就稱為不對稱碳原子，或稱為不對稱中心、手性碳原子、手性中心。大部分單糖都有至少一個不對稱中心(二羥丙酮除外)。二、偏振光的基本概念根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，光是一種電磁波。光的傳播就是電場強度E和磁場強度H以橫波的形式傳播的過程。而E與H互相垂直，也都垂直于光的傳播方向，因此光波是一種橫波?由于引起視覺和光化學(xué)反應(yīng)的是E,所以E矢量又稱為光矢量，把E的振動稱為光振動，E與光波傳播方向之間組成的平面叫振動面.光在傳播過程中，光振動始終在某一確定方向的光稱為線偏振光，簡稱偏振光［見圖4-12-5(a)］。普通光源發(fā)射的光是由大量原子或分子輻射而產(chǎn)生，單個原子或分子輻射的光是偏振的，但由于熱運動和輻射的隨機性，大量原子或分子所發(fā)射的光的光矢量出現(xiàn)在各個方向的概率是相同的，沒有哪個方向的光振動占優(yōu)勢，這種光源發(fā)射的光不顯現(xiàn)偏振的性質(zhì)，稱為自然光［見圖4-12-5(b)］。還有一種光線，光矢量在某個特定方向上出現(xiàn)的概率比較大，也就是光振動在某一方向上較強，這樣的光稱為部分偏振光［見圖4-12-5(c)］。圖4-12-5圖4-12-5光線從紙面內(nèi)垂直射出時，偏振光、自然光和部分偏振光光振動分布的圖示圖4-12-6自然光通過起偏器和檢偏器的變化三、偏振光的獲得和檢測將自然光變成偏振光的過程稱為起偏，起偏的裝置稱為起偏器。常用的起偏器有人工制造的偏振片、晶體起偏器和利用反射或多次透射(光的入射角為布儒斯特角)而獲得偏振光。自然光通過偏振片后，所形成偏振光的光矢量方向與偏振片的偏振化方向(或稱透光軸)一致.在偏振片上用符號“］「”表示其偏振化方向。鑒別光的偏振狀態(tài)的過程稱為檢偏，檢偏的裝置稱為檢偏器。實際上起偏器也就是檢偏器，兩者是通用的。如圖4-12-6所示，自然光通過作為起偏器的偏振片①以后，變成光通量為e的偏振光，這個偏振光的光矢量與偏振化方向②同0方位，而與作為檢偏器的偏振片③的偏振化方向④的夾角為9。根據(jù)馬呂斯定律，e通過檢偏器后，透射光通量0e=0cos29 (4-12-1)0透射光仍為偏振光，其光矢量與檢偏器偏振化方向同方位。顯然，當(dāng)以光線傳播方向為軸轉(zhuǎn)動檢偏器時，透射光通量0將發(fā)生周期性變化。當(dāng)9=0時，透射光通量最大；當(dāng)9=90。時，透射光通量為極小值(消光狀態(tài))，接近全暗視場；當(dāng)0<9<90時，透射光通量介于最大值和最小值之間。但同樣對自然光轉(zhuǎn)動檢偏器時，就不會發(fā)生上述現(xiàn)象，透射光通量不變。對部分偏振光轉(zhuǎn)動檢偏器時，透射光通量有變化但沒有消光狀態(tài)。因此根據(jù)透射光通量的變化，就可以區(qū)分偏振光、自然光和部分偏振光。四、旋光測量圖4-12-7旋光測量原理偏振光通過某些晶體或某些物質(zhì)的溶液以后，偏振光的振動面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象，如圖4-12-7所示，這個角a稱為旋光角。它與偏振光通過溶液的長度L和溶液中旋光性物質(zhì)的濃度C成正比，即a=aLC (4-12-2)m式中am稱為該物質(zhì)的旋光率。如果L的單位用dm,濃度C定義為在1cm3溶液內(nèi)溶質(zhì)的克數(shù)，單位用g/cm3，那么旋光率am的單位為(°)cm3/(dm?g)。實驗表明,同一旋光物質(zhì)對不同波長的光有不同的旋光率。因此,通常采用鈉黃光(589?3nm)來測定旋光率。旋光率還與旋光物質(zhì)的溫度有關(guān)。如對于蔗糖水溶液，在室溫條件下溫度每升高（或降低）l°c,其旋光率約減?。ɑ蛟黾樱?.024°cm3/（dm.g）。因此對于所測的旋光率，必須說明測量時的溫度.旋光率還有正負(fù)，這是因為迎著射來的光線看去，如果旋光現(xiàn)象使振動面向右（順時針方向）旋轉(zhuǎn)，這種溶液稱為右旋溶液，如葡萄糖、麥芽糖、蔗糖的水溶液，它們的旋光率用正值表示。反之，如果振動面向左（逆時針方向）旋轉(zhuǎn)，這種溶液稱為左旋溶液，如轉(zhuǎn)化糖、果糖的水溶液，它們的旋光率用負(fù)值表示。嚴(yán)格來講旋光率還與溶液濃度有關(guān)，在要求不高的情況下，此項影響可以忽略。若已知待測旋光性溶液的濃度C和液柱的長度L,測出旋光角a就可以由（4-12-2）式算出旋光率?。也可以在液柱長L不變的條件下，依次改變濃度C,m測出相應(yīng)的旋光角，然后畫出（X與C的關(guān)系圖線（稱為旋光曲線），它基本是條直線，直線的斜率為Q-L，由直線的斜率也可求出旋光率am。本實驗中旋光率采m用％=69.786（°）cm3/（dm?g），試管長度L=2.000分米。反之，在已知某種溶液的旋光曲線時，只要測量出溶液的旋光角，就可以從旋光曲線上查出對應(yīng)的濃度?！緦嶒瀮?nèi)容及步驟】打開旋光儀的電源開關(guān)，預(yù)熱約3min。為保證實驗正常進(jìn)行和延長鈉光燈管的使用壽命，實驗中不要隨意開關(guān)鈉光的電源開關(guān)。第一次消光：試管倉內(nèi)不放試管，調(diào)節(jié)度盤手輪，使目鏡中的三分視野（如圖4-12-4（3））逐漸向暗視場方向過渡。如果三分視野中兩條豎立的不同光強的分界線不清晰，可以調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦手輪。繼續(xù)調(diào)節(jié)度盤手輪，使目鏡中三分視野進(jìn)一步向暗視方向過渡，接近一分視野時，可以用度盤手輪上的大盤進(jìn)行微調(diào)，直到出現(xiàn)一分視野為止（如圖4-12-4（2））。從左右兩個游標(biāo)分別讀取角游標(biāo)值a”a12，記入數(shù)據(jù)表格內(nèi)。第二次消光：記下盛有蔗糖溶液的試管的編號，將試管內(nèi)的氣泡趕入試管一端的圓泡內(nèi)，并把試管有圓泡的一端朝向斜上方，放入試管倉內(nèi)。調(diào)節(jié)度盤手輪，使目鏡中的三分視野逐漸向暗視野方向過渡。如果三分視野中兩條豎立的不同光強的分界線不清晰，可以再調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦手輪。繼續(xù)調(diào)節(jié)度盤手輪，使目鏡中三分視野進(jìn)一步向暗視場方向過渡，直到出現(xiàn)暗視場的一分視野為止。

從左右兩個游標(biāo)分別讀取角游標(biāo)值a從左右兩個游標(biāo)分別讀取角游標(biāo)值a21、a22，記入數(shù)據(jù)表格內(nèi)，注意左右游標(biāo)的讀數(shù)不要記錯位置。實驗過程共需要測量三根試管數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄及處理】計算兩個旋光角的平均值0 。根據(jù)百分濃度的定義計算該編號試管溶液的百分濃度。同樣計算其余兩根試管的百分濃度。寫出實驗的最后結(jié)果?！咀⒁馐马棥垦b溶液后不能帶入氣泡，如發(fā)現(xiàn)氣泡應(yīng)使之進(jìn)入試管的凸出部分，以免影響測量結(jié)果。使用樣品測試管時應(yīng)輕拿輕放，小心打碎；所有鏡片，包括測試管兩頭的護(hù)片玻璃都不能用手直接揩拭，應(yīng)用柔軟的絨布或鏡頭紙揩拭；只能在同一方向轉(zhuǎn)動度盤手輪時讀取始、末示值，決定旋光角.而不能在來回轉(zhuǎn)動度盤手輪時讀取示值，以免產(chǎn)生回程誤差；注意零點的正負(fù)值(可能是正值，也可能是負(fù)值)；儀器、鈉光燈管、試管等裝箱時，應(yīng)按規(guī)定位置放置，以免壓碎；不懂校正方法，切勿隨便拆動，以免由于不懂校正方法而無法裝校好；儀器不用時，