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1、旋光仪的使用,一、开篇设问,1、什么是偏振光？2、什么是旋光现象？3、如何观测和检测旋光？4、旋光效应有何应用？,偏振,电磁波、声波是横波，它们的（电、磁、机械）振动方向与传播方向垂直，光波是一种电磁波，也是横波。,单一的横波其振动有一个明确的方向，这种现象称为偏振，这个方向称为偏振方向。,传播方向,传播方向,振动方向,振动方向,偏振光,一束自然光是由多个独立的光波构成，它们的振动方向各不相同,偏振光,在一束自然光的传播路径上加上起偏器后，只有那些振动方向与起偏方向相同的光能很好地通过。通过起偏器后的光有单一的振动方向，称为偏振光。,传播方向,自然光,振动方向,振动方向,偏振光,起偏器,二、背
2、景介绍,1911年，法国物理学家阿喇果（D.F.J Arago）发现，当偏振光通过石英晶体时，它的振动面会绕光的传播方向转过一定的角度。随后（1815年），法国物理学家毕奥（Jean-Baptiste Biot）在酒石酸中发现相同的现象，这种现象叫旋光效应。旋光效应引起人们极大兴趣，近200年来，围绕产生旋光现象的原因、机理，科学家们的探索，有力地推动了对物质结构的认识和有机化学的发展，与此同时，旋光现象也在化学、化工、物理、医学等领域有了大量应用。本实验就是要应用旋光效应，测旋光物质的浓度。,三、实验原理,偏振光通过旋光物质后，偏振面会发生旋转,振动方向,振动方向,振动方向,二、实验原理,振
3、面旋转的角度与旋光性物质的温度t、浓度c，以及光在该物质中的行程有关。,振动方向,振动方向,振动方向,=c,称为旋光率，与温度有关,透明旋光物质,光在旋光物质中的行程,振动面旋转的角度,三、实验原理,振面旋转的角度与旋光性物质的温度t、浓度c，以及光在该物质中的行程有关。,由=c,如果测出偏振光在浓度c已知的溶液行走 的距离偏振方旋转的角度，就可以算出该种物质的旋光率。,如果某种旋光物质的旋光率已知，测出偏振光在物质中行走 的距离偏振方旋转的角度，就可以算出该种物质的浓度c。,测量系统,准置系统：将来自光源的发散光准直为平行光，以保证 有足够的光能 和稳定的光束通过后续系统。结构参见平行光管实
4、验,起偏器：将准直的非偏振光变成偏振光。,旋光物质：长度已知的透明旋光物质样本。,检偏器：其实是另一个检偏器，当偏振光的偏振方向与其起偏方向垂直时，完全没有光通过，而平行时有最大的光能通过。因此旋转检偏器，从输出光的亮度的大小可判断透过旋光物质后，光的偏振方向。,偏振方向判断与角度读出系统：考虑视觉特征，采用半荫片技术检测偏振方向，采用游标技术读取十分之一度以下角度，采用对称双游标，以消除角度读数盘偏心误差,半荫片技术,偏振方向判断可以通过观察输出光亮度随检偏器旋转是否达到最亮或最暗来实现，最亮时输出光的偏振方向与检偏器起骗方向相同，最暗时输出光的偏振方向与检偏器起偏方向垂直。,但是人的视觉对
5、最亮或最暗的判断并不很准确，间断地通过最亮或最暗来判断偏振方向有很大误差。相比之下，人的视觉对明暗对比却比较敏感。半荫片技术就是利用人的这一视觉特点，,半荫片技术就是利用人的这一视觉特点，将视场分成有明确界线的不同区域，通过光学技术将最亮或最暗的判断转化为在视场中是否存在分界线的判断。,最亮 偏振方向与检偏器起偏方向平行,最暗 偏振方向与检偏器起偏方向垂直,有明显的分界线 偏振方向与起偏器起偏方向既不垂直，也不平行,没有分界线 偏振方向与起偏器起偏方向垂直，或平行,半荫片技术,由于视觉在暗视场中对明暗分界线最敏感，在视场有最小亮度时观察是否有分界线来判断偏振方向成为首选。,在亮视场中观察,对不
6、同亮度分界线不敏感,在暗视场中观察,对不同亮度分界线更敏感,四、实验仪器,1.光源 2.会聚透镜 3.滤光片 4.偏光片 5.中央石英片和两旁玻璃补偿片6.测试管 7.检偏镜 8.望远镜物镜 9.刻度盘 10.望远镜目镜,四、实验仪器,有游标的刻度盘,测试管,望远镜目镜,刻度盘转动手轮,五、实验内容,1、利用浓度已知的糖溶液，测糖的旋光率。,2、利用糖的浓度与偏振光旋转角度的关系，测糖的浓度c。,操作步骤,1、旋光仪接220v交流电源，开启后预热5分钟，待纳光灯正常发光。2、校验零点位置。在没有放测试标本试管时，调节望远镜调焦手轮，使三分视场清晰。调节刻度盘转动手轮，使视场亮度一致（为全暗视场
7、）。从刻度盘的两个游标上读数，将读数相加除以2作为测量的结果。反复测量3次取平均质，确定零位误差数值，对以后的测量值进行校正。3、放入浓度已知的糖溶液试管，测定糖的旋光率，反复测6次。4、放入浓度未知的糖溶液试管，测量6组数据，计算溶液的浓度，估算不确定度，写出结果表达。,数据处理,1数据,无试管0,已知 1,未知2,次数,=0.21 度,=16.83 度,=18.95度,数据处理,2数据处理,六、设计案例,偏振方向判断与角度读出系统：考虑视觉特征，采用半荫片技术检测偏振方向，采用游标技术读取十分之一度以下角度，采用对称双游标，以消除角度读数盘偏心误差,七、最新进展,机理：旋光性介质具有角动量
8、，光也具有角动量。当光通 过该透明介质时，可以得到部分介质的角动量而使光的转动动能增加。在有机物之中的旋光效应可以理解为，具有手性碳原子的化合物其角动量才可以使光的转动动能增加，使其光轴发生旋转。,七、最新进展,应用：用于化学工业、医院、科研单位，用来测定含有旋光性的有机物质，如糖溶液、松节油、樟脑等几千种活性物质，确定它们的比重、纯度、浓度与含量。例如：用于食品工业：检验含糖量和测定食品调味品之淀粉含量；用于临床及医院：测定尿中含糖量及蛋白质；用于糖厂：检验生产过程中糖溶液浓度；用于药物香料工业：测定药物香料油之旋光性。信息光学中运用旋光性实现光信息的可控处理，例如运用晶体旋光效应实现近场光学空间滤波,八、相关文献,大学物理实验方利广 等主编 同济大学出版社,
