旋光实验报告

1 / 12 旋光实验报告 旋光效应 摘要：通过旋光仪利用光的偏振特性来测量旋光物质对振动转过角度来测量了溶液的溶度。并分析各因素对此实验的影响。 关键词：三分视场；旋光角；溶度 中图分类号 O432 文献标识码 A 一 . 引言 1911 年，阿喇果发现，当线偏振光通过某些透明物质时，它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。这种现象就叫旋光效应，光的振动面转过的角度称为旋光度，使光的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质。常见的旋光物质有：石英、朱砂、酒石酸、食 糖溶液、松节油等。利用旋光仪可以测定这些物质的比重、纯度或浓度。 二 . 实验原理及内容 溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。当其它条件均固定时，旋光度与溶液浓度 C呈线性关系。如果已知待测物质浓度 C 和液柱长度，只要测出旋光度就可以计算出旋光率。如果已知液柱长度为固定值，可依次改变溶液的浓度 C，就可测得相应旋光度。并作旋光度与浓度的关系直线，从直线斜率、长度及溶液浓度 C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性溶液 的旋光度，确定2 / 12 溶液的浓度 C。 对于晶体一类的旋光物质，旋光度 Q 与光所透过的晶体厚度成正比；若为溶液，则正比于溶液在玻璃管中的长度 L 和溶液的浓度 C： Q= CL. 式中的比例系数称为旋光率，其含义为当 L=10cm, c=1g/cm3 时光振动方向转过的角度。实验采用钠灯作为光源，实验过程中通常温度变化很小，可以忽略。玻璃管长度L 已知，转角 Q 需要测量出来，这样，根据已知浓度 C 即可算旋光率，再根据已知的即可测定未知糖溶液浓度 C。 实验仪器 其中，起偏镜 4和 检偏镜 7由透明的尼科耳棱镜制成；钠黄光经聚光镜 3和起偏镜 4后成为与尼科耳棱镜透振方向平行的线偏振光。半影片 5两侧是透明玻璃，中间为由石英制成的对钠黄光的 /2波片，三者粘在一起形成平面圆片，以产生三分视场。于是，线偏振光分别经石英晶体和两侧玻璃后成为夹角为 2的两束线偏振光，如图 3 中 P 石英和 P玻璃所示。在未放入糖溶液试管情况下，随着检偏器的转动，目镜中将看到的三分视场的变化如图 3 所示， ：中部暗、两侧较亮，视场分界线清晰；：三分视场的界线消失，全视场为很暗的黄色；：中部较亮、两侧很暗 ，视场分界线清晰；：三分视场的界线消失，整个视场呈亮黄3 / 12 色。 实验步骤 1. 在未放入待测物质时，转动度盘手轮，应将检偏器透光方向转向图 3 中“ P 检”所示位置，即三分视场刚消失且整个视场变为较暗的黄色时，看度盘和游标是否在零线上；若不一致，应分别记录两边的初始值，作为零位误差。 2. 将糖溶液试管放入试管筒。此时，由半影片出射的两束线偏振光的夹角虽然仍为 2，但通过糖溶液后它们的振动面都沿同一方向转过了相同的角度 Q。于是转动检偏镜使视场再次回到图 3所示的状况，则检偏镜所转 过的角度Q 即为被测糖溶液的旋光度。每支试管各作三次测量，每次测量都须记录左右游标读数。 3. 利用测得的旋光率测量未知糖溶液浓度。将未知浓度的糖溶液试管放入旋光仪中，测旋光度三次取平均。 零位误差 Q0： 左 0 右 0 按公式计算旋光度 ?t? Q3?1?1 ?cm?dm?g Lc 按公式计算未知糖溶液浓度 c? Q ?t?L 4 / 12 ? g?cm?3 三 讨论与思考 1. 本实验用的糖溶液是何种旋光物质？ 右旋物质：迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质。在调节转动手轮时，我们是顺 时针转动的，由此可见光的振动面也是顺时针转动的。 2. 在旋光度的测量中为什么要对零点进行校正？可否用蒸馏水来进行校正？ 旋光仪的零点校正可以保证仪器的精准性，可以让我们清晰地了解糖溶液在何时旋光性降为 0， 在实验中我们用蒸馏水来测定旋光仪的零点校正，这是因为蒸馏水是没有旋光性的，以蒸馏水的旋光度作为 0点就 能够知道蔗糖在何时旋光度降至零。 3. 为什么要选择亮度相等的暗视场进行读数？ 由于人眼判断两个区域的暗度是否相同比判断亮度是否相同要灵敏得多。 4. 为什么用三分视场的方法？是否可以用其他方法来做试验？ 三部分亮度一致当放进存有被测溶液的试管后，由于溶液具有旋光性，使平面偏振光旋转了一个角度，零度视5 / 12 场便发生了变化。转动检偏镜一定角度，能再次出现亮度一致的视场。三分视场是光与暗的交界，人眼能够清晰的观测其变化。 可以不用三分视场来测量，但是由于人眼对 光的灵敏度比较差，很难识别光的微弱变化，实验测量就会变得很困难，且结果不会很准确。 5. 半影片中石英两侧的玻璃的厚度有无要求？为什么？ 石英片两侧配以一定厚度的玻璃片，目的之一是为补偿因石英片吸收引起的光强差别。 6. 置糖溶液试管前后 ,通过旋光仪目镜所观察到的视场为什么在清晰程度上有差 别 ?能否调清晰？ 第一，也是最大的可能，焦距没有调好，调节旋光仪的焦距即可。 第二，光路上的几个玻璃片所 在的位置上沾有污物，擦干净即可。 第三， 光路上有气泡，将气泡赶到样品管的凸起部位 7. 仪器对试验测量是否有影响？ 换用一台试验仪器后试验的数据变化 零位误差 Q0： 左 0、 05 右 0 比较两台仪器测出的不同值，发现有偏差，两次浓度值的误差是 E 6 / 12 ? ? ?100%?%， 属于微小误差范围内。而且就旋光角的测量来说，比较不同长度的实验结果发现：长度越长，偏差越小。这是系统误差，不可避免的。 8. 温度对试验的影响 由表格我们可以看出加热后试验数据的测量是偏大的，而且比较 100ml 的和 200ml的，我们认为长度越长的试验效果越明显，总而言之温度对旋光角是有影响的： T越高，Q 越大。 9. 试管中有气泡对试验的影响 由表格中的试验数据来看，气泡会影响数据，使其测量结果偏小。我们推测这是由于气泡的存在影响了长度 L，缩短了长度，由于 Q 正比于 L，所以 Q值测量偏小。 四结语 试验后，我们对于旋光效应的理解更深透了，了解了旋光物质，旋光度 ?t? Q 等 。 Lc 7 / 12 通过这次的实验，我们了解了旋光仪工作原理并且熟悉掌握了其使用方法。同时我们也发现了用旋光仪测量溶液的浓度的实验有较多的影响因素：系统误差，温度，样品是否有气泡等。在保证实验精准度的前提下，要求我们选取常温下无气泡的样品多次测量取平均。 参考文献 1.李相银等 . 大学物理实验 M.北京：高等教育出版社， 2016 2.赵凯华 . 光学 M 北京：北京大学出版社，1984 Optically Active Abstract:The polarization characteristics of polarimeter using light to measure the rotation of material on vibration turning angle measurement solution the influence factors of this experiment. Key words:Three point field ； angle of rotation;concentration 实验 27 用旋光仪测旋光性溶液的浓度 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，学习测定旋光性溶液的旋光率和浓度的方法。 3进一步熟悉用图解法处理数据。 8 / 12 实验仪器 旋光仪、蒸馏水、测试液体、待测液体等。 实验原理 偏振光通过某些晶体或某些物质的溶液以后，偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象，这个角 称为旋光角。它与偏振光通过溶液的长度 L 和溶液中旋光性物质的浓 度 C 成正比，即 ?mLC 式中 m 称为该物质的旋光率。如果 L 的单位用dm ，浓度 C 定义为在 1 cm3 溶液内溶质的克数，单位用 g cm3） cm3。 ，那么旋光率 m 的单位为 单位：度 旋光角： ?数据处理 1 ?i?0?i?0? ，旋光液的长度： L = dm 2 根据数据表格 27-1 和 27-2，画得 -C图线。 一、测定旋光性溶液的旋光率 由 -C图线可以求其斜率为 k? ? ? ? 9 / 12 ?g 又因为 k = mL ，所以 ?m? 二、测定待测旋光性溶液的浓度 从 -C图线可知： Cx = g/cm3 3 ) 图 27-1 “旋光效应”实验课教案 一、 背景知识 1911 年，阿喇果发现，当线偏振光通过某些透明物质时，它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。这种现象就叫旋光效应，光的振动面转过的角度称为旋光度，使光 的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质。常见的旋光物质有：石英、朱砂、酒石酸、食糖溶液、松节油等。利用旋光仪可以测定这些物质的比重、纯度或浓度。 二、实验目的 1、了解旋光仪设计原理。 2、 学会用旋光仪测糖溶液的旋光率及浓度。 三、教学方式 教师讲解与教学互动相结合。旋光效应和牛顿环实验的讲解各占 15 分钟左右，剩余的 120 分钟学生独立做这两个实验，详细记录实验数据；课后认真独立完成和提交实10 / 12 验报告。 四、实验器材 旋光仪，已知浓 度的糖溶液样品三管，未知浓度的糖溶液一管。 五、实验原理 对于晶体一类的旋光物质，旋光度 Q 与光所透过的晶体厚度成正比；若为溶液，则正比于溶液在玻璃管中的长度 L 和溶液的浓度 C： Q= CL. 式中的比例系数称为旋光率，其含义为当 L=10cm, c=1g/cm3 时光振动方向转过的角度。实验采用钠灯作为光源，实验过程中通常温度变化很小，可以忽略。玻璃管长度L 已知，转角 Q 需要测量出来，这样，根据已知浓度 C 即可算出旋光率，再根据已知的即可测定未知糖溶液浓度 C。 本实验采用的仪器为旋光仪，它的主要结构如图 1 所示。 其中，起偏镜 4 和检偏镜 7 由透明的尼科耳棱镜制成；钠黄光经聚光镜 3和起偏镜 4 后成为与尼科耳棱镜透振方向平行的线偏振光。半影片 5两侧是透明玻璃，中间为由石英制成的对钠黄光的 /2波片，三者粘在一起形成平面圆片，以产生三分视场。于是，线偏振光分别经石英晶体和两侧玻璃后成为夹角为 2的两束线偏振光，如图 3 中 P 石英11 / 12 和 P 玻璃所示。在未放入糖溶液试管情况下，随着检偏器的转动，目镜中将看到的三分视场的变化如图 3 所示，：中部暗、两侧较亮，视场分 界线清晰；：三分视场的界线消失，全视场为很暗的黄色；：中部较亮、两侧很暗，视场分界线清晰；：三分视场的界线消失，整个视场呈亮黄色。 由于人眼判断两个区域的暗度是否相同比判断亮度是否相同要灵敏得多。因此，在未放入待测物质时，应将检偏器透光方向转向图 3 中“ P 检”所示位置，并记下该位置所对应的刻度盘零位读数。 将糖溶液试管放入试管筒。此时，由半影片出射的两束线偏振光的夹角虽然仍为 2，但通过糖溶液后它们的振动面都沿同一方向转过了相同的角度 Q。于是转动检偏镜使视场再次回到图 3 所示的状况，则检偏 镜所转过的角度 Q 即为被测糖溶液的旋光度。 六、实验步骤 1、打开电源，使钠灯预热 5 分钟。 2、调节并记录未放入待测物质时的零位读数。 调节望远镜调焦手轮，使三分视场清晰。转动度盘手轮，当三分视场刚消失且整个视场变为较暗的黄色时，看度盘和游标是否在零线上；若不一致，应分别记录两边的初始值，并在测量结果中刨去该初始值。 3、依次选取三支不同长度的、注满已知浓度的糖溶12 / 12 液试管放入旋光仪测试管