实验十五 用旋光仪测糖溶液的浓度
旋光法测溶液浓度
用旋光法测定糖溶液得浓度一、简介许多物质如石英晶体、氯酸钠、糖溶液、松节油等都有旋光性。
利用旋光性测定糖溶液浓度得仪器称为旋光糖量计。
除了在制糖工业中广泛应用外,在制药工业、药品检测及商品检测部门中也常用来测定一些药物与商品(如可卡因、尼古丁、樟脑等)得浓度、本实验主要就是学习理解偏振光得产生与检测方法;观察旋光现象,了解旋光物质得旋光性质;测定糖溶液得旋光率与浓度得关系;熟悉旋光仪得原理与使用方法并学习自己组装旋光仪、二、实验原理线偏振光通过某些物质得溶液后,偏振光得振动面将旋转一定得角度,这种现象称为旋光现象,旋转得角度称为该物质得旋光度。
通常用旋光仪来测量物质得旋光度。
溶液得旋光度与溶液中所含旋光物质得旋光能力、溶液得性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光得波长等有关。
当其它条件均固定时,旋光度与溶液浓度C呈线性关系,即(1)上式中,比例常数与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度及光得波长等有关,Ｃ为溶液得浓度。
物质得旋光能力用比旋光度即旋光率来度量,旋光率用下式表示:(２)上式中,右上角得表示实验时温度(单位:oＣ), 就是指旋光仪采用得单色光源得波长(单位:nｍ),为测得得旋光度( o ),为样品管得长度(单位:ｄｍ),C为溶液浓度(单位:g/1０0mＬ)。
由(２)式可知:①偏振光得振动面就是随着光在旋光物质中向前进行而逐渐旋转得,因而振动面转过角度透过得长度成正比;②振动面转过得角度不仅与透过得长度成正比,而且还与溶液浓度C成正比、如果已知待测物质浓度C与液柱长度,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,可依次改变溶液得浓度C,就可测得相应旋光度。
并作旋光度与浓度得关系直线,从直线斜率、长度及溶液浓度Ｃ,可计算出该物质得旋光率;同样,也可以测量旋光性溶液得旋光度,确定溶液得浓度C。
旋光性物质还有右旋与左旋之分。
当面对光射来方向观察,如果振动面按顺时针方向旋转,则称右旋物质;如果振动面向逆时针方向旋转,称左旋物质。
“旋光法”测量糖溶液的浓度
“旋光法”测量糖溶液的浓度
例：(多选)食品安全检验中碳水化合物(糖)的含量是个重要的指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值进行比较，就能确定被测样品的含糖量．如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强．然后将待测糖溶液P置于A、B之间，则下列说法正确的是()
A．到达O处光的强度会明显减弱
B．到达O处光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于α
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
解析：
没有待测糖溶液时，A、B透振方向平行，O处光最强；
当加上待测糖溶液时，由于旋光作用，偏振光的振动方向会旋转一个角度，即振动方向与B的透振方向不再平行，所以O处光的强度会明显减弱；
要想使O处的光仍最强，可以旋转B一个角度α，或者反方向旋转A一个角
度α，A、C、D正确．【答案】ACD。
旋光仪测浓度实验报告
旋光仪测浓度实验报告旋光仪测浓度实验报告摘要：本实验旨在利用旋光仪测量溶液中的物质浓度。
通过测量溶液的旋光角度，结合已知的旋光度和摩尔旋光度，可以计算出溶液中物质的浓度。
实验结果表明，旋光仪是一种有效且精确的测量浓度的工具。
引言：旋光现象是光在某些物质中传播时发生的一种特殊现象。
光线在通过旋光物质时，会发生偏转，这种偏转被称为旋光。
旋光角度与旋光物质的浓度有关，因此可以通过测量旋光角度来确定溶液中物质的浓度。
旋光仪作为一种测量旋光角度的仪器，被广泛应用于化学、生物、医药等领域。
实验方法：1. 准备实验所需的旋光仪、溶液和试管。
2. 将溶液倒入试管中，确保试管中的溶液充满。
3. 将试管放入旋光仪中，调整仪器使其对准试管中的溶液。
4. 通过旋转仪器上的旋钮，观察并记录旋光仪的读数。
5. 重复上述步骤3和4，以获得更加准确的测量结果。
实验结果与分析：在本实验中，我们选择了蔗糖溶液作为样品，利用旋光仪测量了不同浓度下的旋光角度。
通过测量，我们得到了以下数据：浓度（mol/L）旋光角度（度）0.1 2.50.2 5.10.3 7.80.4 10.30.5 12.6根据实验数据，我们可以绘制出浓度与旋光角度之间的关系曲线。
通过拟合曲线，我们可以得到旋光度和摩尔旋光度的数值。
根据已知的旋光度和摩尔旋光度，我们可以计算出溶液中蔗糖的浓度。
实验结论：通过本实验，我们成功地利用旋光仪测量了蔗糖溶液的浓度。
实验结果表明，旋光仪是一种有效且精确的测量浓度的工具。
通过测量旋光角度，我们可以确定溶液中物质的浓度。
在实际应用中，旋光仪可以广泛应用于化学、生物、医药等领域，用于测量各种溶液中物质的浓度。
实验的局限性：在本实验中，我们只选取了蔗糖溶液作为样品进行测量。
实际上，不同物质的旋光度和摩尔旋光度是不同的，因此在实际应用中需要根据具体物质的特性进行测量和计算。
此外，实验中的测量误差也可能会影响最终的结果，因此在实际应用中需要注意仪器的精度和测量方法的准确性。
实验十二-用旋光计测量糖溶液的浓度
用旋光计测定糖溶液的浓度一、[仪器与用具]旋光计，玻璃管，蔗糖溶液，钠灯。
二、[实验原理]平面偏振光在某些晶体内沿其光轴方向传播时，虽然没有发生双折射，却发现透射光的振动面相对于原入射光的振动面旋转了一个角度。
晶体的这种性质称为旋光性。
后来从实验发现，某些液体也具有旋光性。
如果迎着光的传播方向看，旋光性物质使振动面沿顺时针方向旋转，称为右旋物质；使振动面沿逆时针方向旋转，称为左旋物质。
实验表明，振动面旋转的角度ϕ与其所通过旋光性物质的厚度成正比。
若为溶液，则又正比于溶液的质量浓度c ，此外，旋转角还与入射光波长及溶液温度等有关。
对溶液来说，振动面的旋转角lc ρϕ= （3-13-10）式中l 是以分米(dm)为单位的液柱长；c 为溶液的质量浓度，代表每立方厘米溶液中所含溶质的质量(质量以克为单位)；ρ为比例系数，称为物质的旋光率，旋光率的定义是平面偏振光通过1dm 长的液柱，在1cm 3溶液中含有1g 旋光物质时所产生的旋转角。
纯洁蔗糖在20℃时，对于钠黄光，经多次测定确认g /dm cm 50.663⋅= ρ。
因此，若测出糖溶液的旋转角ϕ和液柱长l ，即可按式(3-13-10)算出蔗糖溶液的质量浓度c 。
专门用于测量糖溶液浓度的旋光计，称为糖量计。
旋光计的结构如图3—13—8所示。
S 为光源(钠灯)；F 为聚光镜(固定)；N 1为起偏器(尼科耳棱镜)；N 2为检偏器(尼科耳棱镜)，N 2可以旋转，旋转的角度从N 2所附的刻度盘R 上读出；D 为半荫片(一半是玻璃，一半是石英半波片；或两旁为玻璃，中间为石英半波片如图3—13—9所示)，H 为盛放溶液的管子；T 为短焦距望远镜。
由光源发出的单色光经N 1后成为平面偏振光，其偏振面与N l 的主截面平行(参看图图3—13—9 图3—13—83—13—10)，平面偏振光通过半荫片D 的玻璃部分后，透射光的偏振面不变，设其振动方向为OA 1，而通过石英半波片那一部分光的振动面却转过了一角度，设其振动方向为OA 2。
实验十 用旋光仪测定糖溶液的浓度
1．将仪器接交流电源，开启电源开关，约5分钟后钠光灯发光正常，才可开始工作。
2．选择长度适宜的装液试管，注满试液．装上橡皮圈．直至不漏为止。螺帽不宜旋得太紧，以免护片玻璃发生变形，影响读数准确性。然后将试管两头残余溶液擦干，以免影响观察清晰度及测定精度。
3．装溶液时试管内不可留有气泡，如发现气泡应使之进入试管的凸出部分，以免影响测量结果。
一、比较法
已知浓度为C1的某种旋光性溶液，其厚度为L1，可测出其旋光角φ1。要测同种未知浓度的溶液，只要测定该溶液在厚度为L2时的旋光角就可计算出未知浓度。
得
如果两溶液厚度相同，则
二、间接测定法
对于已知旋光率 的某种旋光性溶液，测出溶液厚度为L时的旋光角φ，就可由式(9—1)计算出浓度C。
测定物质旋光角的仪器叫旋光仪。旋光仪外形如图9—1。其工作原理如图9—2所示。
实验十 用旋光仪测定糖溶液的浓度
物理学与信息学教研室方玉盛
【实验目的】
熟悉旋光仪的结构、原理和使用方法；测量旋光溶液的旋光率和百分浓度【 Nhomakorabea验器材】
旋光仪，盛液玻璃管，温度计，已知和未知浓度的葡萄糖溶液。
[实验原理]
对于透明的固体来说．旋光角φ与光透过物质的厚度L成正比；而对于液体来说．除了厚度之外，还与溶液的浓度c成正比。同时，旋转的角度，还与溶液的温度t以及光的波长λ有关。实验证明．在给定波长(单色光)和一定温度下，如旋光物质为溶液，则旋光角由下式表示：
后二次零度视场的读数差(θ-θ0)即为溶液的旋光角φ。，θ和θ0的读数值可通过旋光仪的读数放大镜从读数度盘上读出。
为清除数度盘的偏心差．仪器采用双游标读数。度盘分360格，每格10；游标分20格，等于度盘的19格．用游标可直接读到0。050。从读数盘上分别读出左、右的刻度值
实验十五 用旋光仪测糖溶液的浓度
实验十五 用旋光仪测糖溶液的浓度实验内容1. 观察线偏振光通过旋光物质所发生的旋光现象。
2. 学习旋光仪的使用方法，用旋光仪测定糖溶液的浓度。
教学要求1． 熟悉光的偏振的基本规律。
2． 了解旋光物质的旋光性质。
实验器材WXG-4小型旋光仪，烧杯，蔗糖，蒸馏水。
光是电磁波，它的电场和磁场矢量互相垂直，且又垂直于光的传播方向。
通常用电矢量代表光矢量，并将光矢量与光的传播方向所构成的平面称为振动面。
在传播方向垂直的平面内，光矢量可能有各种各样的振动状态，被称为光的偏振态。
若光的矢量方向是任意的，且各方向上光矢量大小的时间平均值是相等的，这种光称为自然光。
若光矢量可以采取任何方向，但不同的方向其振幅不同，某一方向振动的振幅最强，而与该方向垂直的方向振动最弱，则称为部分偏振光。
若光矢量的方向始终不变，只是它的振幅随位相改变，光矢量的末端轨迹是一条直线，则称为线偏振光。
当线偏振光通过某些透明物质（例如糖溶液）后，偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这种现象称为旋光现象。
旋转的角度φ称为旋光度。
能使其振动面旋转的物质称为旋光性物质。
旋光性物质不仅限于像糖溶液、松节油等液体，还包括石英、朱砂等具有旋光性质的固体。
不同的旋光性物质可使偏振光的振动面向不同方向旋转。
若面对光源，使振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质；使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质。
偏振光在国防、科研和生产中有着广泛应用：海防前线用于了望的偏光望远镜，立体电影中的偏光眼镜，分析化学和工业中用的偏振计和量糖计都与偏振光有关。
激光光源是最强的偏振光源，高能物理中同步加速器是最好的X 射线偏振源。
随着新概念的飞跃发展，偏振光成为研究光学晶体、表面物理的重要手段。
实验原理实验证明，对某一旋光溶液，当入射光的波长给定时，旋光度φ与偏振光通过溶液的长度l 和溶液的浓度c 成正比，即cl αϕ= （15-1）式中旋光度φ的单位为“度”，偏振光通过溶液的长度l 的单位为dm ，溶液浓度的单位为1-⋅ml g 。
实验十二-用旋光计测量糖溶液的浓度
用旋光计测定糖溶液的浓度一、[仪器与用具]旋光计，玻璃管，蔗糖溶液，钠灯。
二、[实验原理]平面偏振光在某些晶体内沿其光轴方向传播时，虽然没有发生双折射，却发现透射光的振动面相对于原入射光的振动面旋转了一个角度。
晶体的这种性质称为旋光性。
后来从实验发现，某些液体也具有旋光性。
如果迎着光的传播方向看，旋光性物质使振动面沿顺时针方向旋转，称为右旋物质；使振动面沿逆时针方向旋转，称为左旋物质。
实验表明，振动面旋转的角度ϕ与其所通过旋光性物质的厚度成正比。
若为溶液，则又正比于溶液的质量浓度c ，此外，旋转角还与入射光波长及溶液温度等有关。
对溶液来说，振动面的旋转角lc ρϕ= （3-13-10）式中l 是以分米(dm)为单位的液柱长；c 为溶液的质量浓度，代表每立方厘米溶液中所含溶质的质量(质量以克为单位)；ρ为比例系数，称为物质的旋光率，旋光率的定义是平面偏振光通过1dm 长的液柱，在1cm 3溶液中含有1g 旋光物质时所产生的旋转角。
纯洁蔗糖在20℃时，对于钠黄光，经多次测定确认g /dm cm 50.663⋅= ρ。
因此，若测出糖溶液的旋转角ϕ和液柱长l ，即可按式(3-13-10)算出蔗糖溶液的质量浓度c 。
专门用于测量糖溶液浓度的旋光计，称为糖量计。
旋光计的结构如图3—13—8所示。
S 为光源(钠灯)；F 为聚光镜(固定)；N 1为起偏器(尼科耳棱镜)；N 2为检偏器(尼科耳棱镜)，N 2可以旋转，旋转的角度从N 2所附的刻度盘R 上读出；D 为半荫片(一半是玻璃，一半是石英半波片；或两旁为玻璃，中间为石英半波片如图3—13—9所示)，H 为盛放溶液的管子；T 为短焦距望远镜。
由光源发出的单色光经N 1后成为平面偏振光，其偏振面与N l 的主截面平行(参看图图3—13—9 图3—13—83—13—10)，平面偏振光通过半荫片D 的玻璃部分后，透射光的偏振面不变，设其振动方向为OA 1，而通过石英半波片那一部分光的振动面却转过了一角度，设其振动方向为OA 2。
用旋光仪测糖溶液的浓度
用旋光仪测糖溶液的浓度1、什么叫旋光率？它与哪些因素有关？对于液体物质，旋转角φ与偏振光通过溶液的长度L 及溶液中旋光物质浓度成正比，可表示为Lc ϕα=式中α是一个系数，称为该物质的旋光率。
它与入射光的波长和温度有关。
2、盛液管中如果有气泡，为什么让气泡位于盛液管的鼓起部分？为什么让有鼓起部分的一端朝上？让气泡位于盛液管鼓起一端可以使光顺利通过待测溶液，不影响光路。
让鼓起部分朝上是为了防止当将液管放入镜筒后气泡走到液管两端从而影响光路。
3、说明用半荫法判断视场的原理人眼难以精确判断视场明暗的微小变化，用半荫法判断视场，不需要判断视场是否最暗，只需比较视场中两相邻区域的高度是否相等。
4、对不同波长的光，测量结果有何不同？为什么？ 旋光率21αλ=的平法，又Lc ϕα=，故入射光的波长越长，α越小，在溶液长度和浓度不变的条件下，测量的φ角越小，反之越大。
5、如果目镜未调节好，三分视野界限模糊，对测量有何影响？糊的视场将导致测量过程中寻找零点视场位置不准，产生较大的人为误差【数据处理】（要求写出计算过程）1．11011=()ki i i k φφφ=-∑= ° 22011=()ki i i k φφφ=-∑= ° 2．111=L C φα= °/m211212=L C C L φφ= % 3．1φσ= °2φσ= °1U φ== °（其中∆仪=0.05°）2U φ== °E == %22C U C E == % 222C C C U =±=（ ± ）%。
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实验十五用旋光仪测糖溶液的浓度
实验内容
1.观察线偏振光通过旋光物质所发生的旋光现象。
2.学习旋光仪的使用方法，用旋光仪测定糖溶液的浓度。
教学要求
1．熟悉光的偏振的基本规律。
2．了解旋光物质的旋光性质。
实验器材
WXG-4小型旋光仪，烧杯，蔗糖，蒸馏水。
光是电磁波，它的电场和磁场矢量互相垂直，且又垂直于光的传播方向。
通常用电矢量代表光矢量，并将光矢量与光的传播方向所构成的平面称为振动面。
在传播方向垂直的平面内，光矢量可能有各种各样的振动状态，被称为光的偏振态。
若光的矢量方向是任意的，且各方向上光矢量大小的时间平均值是相等的，这种光称为自然光。
若光矢量可以采取任何方向，但不同的方向其振幅不同，某一方向振动的振幅最强，而与该方向垂直的方向振动最弱，则称为部分偏振光。
若光矢量的方向始终不变，只是它的振幅随位相改变，光矢量的末端轨迹是一条直线，则称为线偏振光。
当线偏振光通过某些透明物质（例如糖溶液）后，偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这种现象称为旋光现象。
旋转的角度φ称为旋光度。
能使其振动面旋转的物质称为旋光性物质。
旋光性物质不仅限于像糖溶液、松节油等液体，还包括石英、朱砂等具有旋光性质的固体。
不同的旋光性物质可使偏振光的振动面向不同方向旋转。
若面对光源，使振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质；使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质。
偏振光在国防、科研和生产中有着广泛应用：海防前线用于了望的偏光望远镜，立体电影中的偏光眼镜，分析化学和工业中用的偏振计和量糖计都与偏振光有关。
激光光源是最强的偏振光源，高能物理中同步加速器是最好的X射线偏振源。
随着新概念的飞跃发展，偏振光成为研究光学晶体、表面物理的重要手段。
实验原理
实验证明，对某一旋光溶液，当入射光的波长给定时，旋光度φ与偏振光通过溶液
的长度l 和溶液的浓度c 成正比，即
cl αϕ= （15-1）
式中旋光度φ的单位为“度”，偏振光通过溶液的长度l 的单位为dm ，溶液浓度的单位为1
-⋅ml
g 。
α为该物质的比旋光度，它在数值上等于偏振光通过单位长度（dm ）、
单位浓度（1
-⋅ml g ）的溶液后引起的振动面的旋转角度。
其单位为度· ml · dm -1· g –1。
由
于测量时的温度及所用波长对物质的比旋光度都有影响，因而应当标明测量比旋光度时
所用波长及测量时的温度。
例如 C A
︒505893][&α=°，它表明在测量温度为500C ，所用光源的波长为5893A
&时，该旋光物质的比旋光度为。
若已知某溶液的比旋光度，且测出溶液试管的长度l 和旋光度φ，可根据式15-1求出待测溶液的浓度，即
t
l c λ
αϕ
][=
（15-2） 通常溶液的浓度用100ml 溶液中的溶质克数来表示，此时上式改写成
100][⨯=
t l c λ
αϕ
（15-3） 在糖溶液浓度已知的情况下，测出溶液试管的长度l 和旋光度φ，就可以计算出该
溶液比旋光度，即
100][⨯=
cl
t
ϕ
αλ （15-4）
操作步骤 1.调整旋光仪
(1)接通电源，开启电源开关，约五分钟后，钠光灯发光正常，便可使用。
(2)调节旋光仪调焦手轮，使其能观察到清晰的三分视场。
(3)转动检偏镜，观察并熟悉视场明暗变化的规律，掌握零度视场的特点是测量旋光度的关键。
零度视场即三分视界线消失，三部分亮度相等，且视场较暗。
(4)检查仪器零位是否正确。
在试管未放入仪器前，掌握双游标的读法，观察零度视场的位置与零位是否一致。
若不一致，说明仪器有零位误差，记下此时读数。
重复测定零位误差三次，取其平均值。
注意应在读数中减去（有正负之分）。
2.测定旋光溶液的比旋光度
(1)实验室事先将制备好的标准溶液注满试管。
(2)将试管放入旋光仪的槽中，转动度盘，再次观察到零度视场时，读取ϕ'，重复三次求出平均值ϕ'。
算出旋光度0ϕϕϕ-'=。
(3)将φ、l 、c 代入式15-4，计算出标准溶液的比旋光度。
并注意标明测量时所用的波长和测量时的温度。
3.测量糖溶液的浓度
将长度已知，性质和标准溶液相同，而溶液浓度未知的溶液试管，放入旋光仪中，测量其旋光度φ。
将测得的旋光度φ、溶液试管长度l 和前面测出的比旋光度t
λα][代入式15-3，求出该溶液的浓度c 。
注意事项
1．溶液注满试管，旋上螺帽，两端不能有气泡，螺帽不宜太紧，以免玻璃窗受力而发生双折射，引起误差。
2．试管两端均应擦干净方可放入旋光仪。
3．在测量中应维持溶液温度不变。
4．试管中溶液不应有沉淀，否则应更换溶液。
问题讨论
1．测量糖溶液浓度的基本原理 2．什么叫左旋物质和右旋物质如何判断 附录
一、 WXG-4小型旋光仪
WXG-4小型旋光仪光路如图15-1所示。
图15-1 旋光仪的光学系统
物质的旋光性测量的简单原理如图15-2所示。
首先将起偏镜与检偏镜的偏振化方向调到正交，我们观察到视场最暗。
然后装上待测旋光溶液的试管，因旋光溶液的振动面的旋转，视场变亮，为此调节检偏镜，再次使视场调至最暗，这时检偏镜所转过的角度，即为待测溶液的旋光度。
由于人们的眼睛很难准确地判断视场是否全暗，因而会引起测量误差。
为此该旋光仪采用了三分视场的方法来测量旋光溶液的旋光度。
从旋光仪目镜中观察到的视场分为三个部分，一般情况下，中间部分和两边部分的亮度不同。
当转动检偏镜时，中间部分和两边部分将出现明暗交替变化。
图15-3中列出四种典型情况，即（a）中央为暗区，两边为亮区；（b）三分视界消失，视场较暗；（c）中间为亮区，两边为暗区；（d）三分视界消失，视场较亮。
图15-2 物质的旋光性测量简图
中间为暗区两边为亮区
中间为亮区
两边为暗区
三分视界消失
视场较暗（b）
三分视界消失
视场较亮
图15-3 转动检偏镜时，目镜中视场明暗变化
由于在亮度不太强的情况下，人眼辨别亮度微小差别的能力较大，所以常取图15-3（b）所示的视场为参考视场。
并将此时检偏镜的位置作为刻度盘的零点，故称该视场为零度视场。
当放进了待测旋光液的试管后，由于溶液的旋光性，使线偏振光的振动面旋转了一定角度，使零度视场发生了变化，只有将检偏镜转过相同的角度，才能再次看到图15-3（b）所示的视场，这个角度就是旋光度，它的数值可以由刻度盘和游标上读出。
为了操作方便，整个仪器的光学系统以50°倾角安装在基座上.光源用50W钠光灯，波长为5893A。
检偏镜与刻度盘连接在一起，利用手论可作精细转动。
本旋光仪采用的是双游标读数，以消除刻度盘的中心偏差。
刻度盘分度360格，每格1°，游标分20格，它和刻度盘19格等长，故仪器的精密度为°。
二、附表。