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1、三、旋光法,3.1 自然光与偏振光3.2 偏振光的产生3.3 旋光度与比旋光度3.4 变旋光作用3.5 旋光仪,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。,旋光度和比旋光度是旋光性物质的主要物理性质。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纯度，也可以定量分析有关化合物溶液的浓度。,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。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
2、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光。,3.1 自然光与偏振光,通常用以下两种方法产生偏振光：尼科尔棱镜或偏振片。3.2.1尼科尔棱镜 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1.48
3、6。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,3.2.2偏振片 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。,尼科尔棱镜示意图,3.3 旋光度,3.3.1旋光性、旋光性物质 分子结构中有不对称碳原子，能把偏振光的偏振面旋转一定角度
4、的物质称为光学活性物质。许多食品成分都具有光学活性，如单糖、低聚糖、淀粉以及大多数的氨基酸和羟酸等。其中能把偏振光的振动平面向右旋转的，称为“具有右旋性”，以（十）号表示；反之称为“具有左旋性”，以（一）号表示。,旋光度,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，以表示。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。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，其旋光度与溶液的浓度c和液层的厚度L成正比。即：,KcL,3.3.3 比旋光度,当旋光性物质的浓度为 1gml，液层厚度为 ldm时所测得的旋光度称为比旋光度，
5、以表示。由上式可知：K11K 即：式中：比旋光度，度；t 温度，光源波长，nm；旋光度，度；L液层厚度或旋光管长度，dm；c溶液浓度，gml。,比旋光度与光的波长及测定温度有关。通常规定用钠光D线（波长 589.3nm）在20时测定，在此条件下，比旋光度用 表示,因在一定条件下比旋光度 是已知的，L为一定，故测得了旋光度就可计算出旋光质溶液中的浓度c。,3.4 变旋光作用,3.4.1定义 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，这种现象称为变旋光作用。,这是由于有的糖存在两种异构体，即型和型，它们的比旋光度
6、不同。这两种环型结构及中间的开链结构在构成一个平衡体系过程中，即显示出变旋光作用。,3.4.2 变旋现象,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，样品配成溶液后，宜放置过夜再测定。若需立即测定，可将中性溶液（pH=7）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，则可加入碳酸钠干粉至石蕊试纸刚显碱性。在碱性溶液中，变旋光作用迅速，很快达到平衡。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。,3.5 旋光仪,3.5.1 WXG型半荫旋光仪3.5.2 检糖计 WZB自动旋光仪,WGX型半荫旋光仪,结构和原理 起偏棱镜一般用尼科尔（Nicol)棱镜，以获得偏振光
7、。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 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
8、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,检糖计 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（W/V），其测定原理与旋光计相同。在结构上有以下特点（见图2-2-11）,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
9、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
10、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。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
11、有0.26g蔗糖。,3.5.3 自动旋光仪,3.5.3.1仪器：WZZ2B自动旋光仪 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
12、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。,
