第六章 光学检测技术-张静

旋光法测定味精浓度
• 样品溶液配制 • 精确称取味精样品10.00g，加40～50mL蒸馏水 精确称取味精样品 ， ～ 蒸馏水 溶解，搅拌加入分析纯盐酸16mL，使味精全部 溶解，搅拌加入分析纯盐酸 ， 溶解。冷却至室温，蒸馏水定容至100mL。 溶解。冷却至室温，蒸馏水定容至 。 • 旋光仪调零 • 预热 预热10min，放进滤光片。取16mL分析纯盐酸 ，放进滤光片。 分析纯盐酸 蒸馏水定容至100mL。装满旋光管，调整零点。 蒸馏水定容至 。装满旋光管，调整零点。 • 样品液测定 • 样品洗涤旋光管三次，装满旋光管，放进样品室， 样品洗涤旋光管三次，装满旋光管，放进样品室， 测定旋光度，记录温度。 测定旋光度，记录温度。
一、特点
专一性强 灵敏度高：测定同样浓度物质的含量， 灵敏度高：测定同样浓度物质的含量，通常比吸 收光谱灵敏度高2～ 个数量级左右 个数量级左右。 收光谱灵敏度高 ～4个数量级左右。 选择性强：既可分析发射光谱， 选择性强：既可分析发射光谱，也可分析激发光 偏振光谱。 谱，偏振光谱。 发光方式多：物理发光，化学发光，生物发光。 发光方式多：物理发光，化学发光，生物发光。 可分析参数多：可分析荧光光谱，荧光强度， 可分析参数多：可分析荧光光谱，荧光强度，荧 光效率，荧光寿命等多种物理参数。 光效率，荧光寿命等多种物理参数。
自然光与偏振光
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。 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。 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， 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 ），图中箭头表示光波振动的方向。 ），图中箭头表示光波振动的方向 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尔棱镜， 平行的光波才能通过尼科尔棱镜 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尔棱镜， 所以通过尼科尔棱镜的光， 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（ ）。这种仅在一个平面上振动的光叫偏振光。 ）。这种仅在一个平面上振动的光叫偏振光 波振动面，如图（b）。这种仅在一个平面上振动的光叫偏振光。
旋光度
偏振光通过光学活性物质的溶液时， 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 旋光度， 动平面所旋转的角度叫做该物质溶液的旋光度， 表示。 光源的波长、 以 α表示 。 旋光度的大小与 光源的波长 、 温度 、 表示 旋光度的大小与光源的波长 温度、 旋光性物质的种类、 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， 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α与溶液的浓 和温度一定的情况下 ， 其旋光度 与溶液的浓 和液层的厚度L成正比 度c和液层的厚度 成正比。 和液层的厚度 成正比。 即： α＝KcL ＝
变旋作用
具有光学活性的还原糖类（如葡萄糖， 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， ），在溶解之后 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， 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，这种现象称为变旋作用。 最后达到恒定值，这种现象称为变旋作用。
变旋现象
这是由于有的糖存在两种异构体， 型和β型 这是由于有的糖存在两种异构体 ， 即 α型和 型 ， 型和 它们的比旋光度不同。 它们的比旋光度不同。 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， 结构在构成一个平衡体系过程中 ，即显示出变旋光作 用。 因此，在用旋光法测定蜂蜜，商品葡萄糖等含有 因此，在用旋光法测定蜂蜜， 还原糖的样品时，样品配成溶液后， 放置过夜再测 还原糖的样品时，样品配成溶液后，宜放置过夜再测 若需立即测定，可将中性溶液（ 定。若需立即测定，可将中性溶液（pH=7）加热至 ） 或加几滴氨水后再稀释定容 氨水后再稀释定容； 沸，或加几滴氨水后再稀释定容；若溶液已经稀释定 则可加入碳酸钠干粉至石蕊试纸刚显碱性 显碱性。 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 性溶液中，变旋光作用迅速，很快达到平衡。 迅速 性溶液不宜放置过久，温度也不可太高， 性溶液不宜放置过久，温度也不可太高，以免破坏样 品。
检糖计
检糖计专用于糖类的测定。 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（ ），其测定原 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 理与旋光计相同。
检糖计的基本光学元件
自动旋光仪
当检测池中放进存有被测溶液的试管后， 当检测池中放进存有被测溶液的试管后， 由于溶液具有旋光性， 由于溶液具有旋光性，使平面偏振光旋转 了一个角度，零度视场便发生了变化， 了一个角度，零度视场便发生了变化，转 动检偏镜一定角度， 动检偏镜一定角度，能再次出现亮度一致 的视场。这个转角就是溶液的旋光度， 的视场。这个转角就是溶液的旋光度，测 得溶液的旋光度后， 得溶液的旋光度后，就可以求出物质的比 旋度。根据比旋度的大小， 旋度。根据比旋度的大小，就能确定该物 质的纯度和含量了。 质的纯度和含量了。
比旋光度
当旋光性物质的浓度为 100 g/100 ml，液层厚度为 l dm ， 分米）时所测得的旋光度称为比旋光度， （分米）时所测得的旋光度称为比旋光度，以 [α ]tλ 表示 。由 上式可知： 上式可知： • × × ＝ [α ]tλ ＝K×1×1＝K • 即：α ]λ ＝ [
t
•
αБайду номын сангаас
LC
• • • • •
式中： －－比旋光度， －－比旋光度 式中： [α]－－比旋光度，度； t －－ 温度， 温度， λ－－光源波长，nm； －－光源波长 －－光源波长， ； α－－旋光度，度； －－旋光度 －－旋光度， L－－液层厚度或旋光管长度，dm； －－液层厚度或旋光管长度 －－液层厚度或旋光管长度， ； c－－溶液浓度，g／ml。 －－溶液浓度 －－溶液浓度， ／ 。
旋光法： 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。 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。 的主要物理性质。通过旋光度和比 旋光度的测定， 旋光度的测定，可以检查光学活性 化合物的纯度 纯度， 化合物的纯度，也可以定量分析有 关化合物溶液的浓度 浓度。 关化合物溶液的浓度。
二、方法原理
荧光现象：是一种发光现象， 荧光现象：是一种发光现象，当一种波长的 光照射在某一荧光物质时，该物质被激发, 光照射在某一荧光物质时，该物质被激发 若 能在极短的时间内发射出较激发波长更长波 长的光, 在激发态停留的时间大约10-8~10-4s. 长的光 在激发态停留的时间大约 发射的光谱称为荧光光谱 荧光光谱. 发射的光谱称为荧光光谱 磷光光谱: 磷光光谱 若这种光在激发态停留较长的时 即在激发态停留的时间大约是10 间, 即在激发态停留的时间大约是 -4~10s, 系 统内发射出比荧光波长更长波长的光. 统内发射出比荧光波长更长波长的光 发射的 光谱称为磷光光谱 磷光光谱. 光谱称为磷光光谱
第二节 荧光检测技术
物质被辐射能照射后， 物质被辐射能照射后，分子内部获得外源能 基态分子能级的电子跃迁到较高能级， 量，基态分子能级的电子跃迁到较高能级，转变 成激发态分子能级， 成激发态分子能级，使分子处在高能域不稳定状 因此，它必须释放多余的能量， 态，因此，它必须释放多余的能量，变成稳定状 态的分子。 态的分子。 分子发光： 分子发光：由激发态能级回到基态能级的过程 中以光的形式释放多余的能量， 中以光的形式释放多余的能量，并发射出比原波 长更长的光谱。 长更长的光谱。 荧光分光光度法： 荧光分光光度法：检测分子发射光谱的分析方 法。
第六章 光学检测技术
• 利用物质所具有的各种光学性质，对物质 利用物质所具有的各种光学性质， 进行定性、定量及结构分析的技术。 进行定性、定量及结构分析的技术。 • 包括：旋光检测、荧光检测、分光光度检 包括：旋光检测、荧光检测、 散射光谱检测等。 测、散射光谱检测等。 • 生化领域常用：分光光度检测、旋光检测、 生化领域常用：分光光度检测、旋光检测、 荧光检测
旋光仪
WXG型半荫旋光仪 型半荫旋光仪 检糖计 WZB自动旋光仪 自动旋光仪
WGX型半荫旋光仪 型半荫旋光仪
结构和原理
起偏棱镜一般用尼科尔（ 棱镜， 起偏棱镜一般用尼科尔（Nicol)棱镜，以 棱镜 获得偏振光。 获得偏振光。 旋光管盛装待测液的玻璃管。 旋光管盛装待测液的玻璃管。 检偏棱镜仍用尼科尔（ 棱镜， 检偏棱镜仍用尼科尔（Nicol)棱镜，用以 棱镜 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）。 比较的角度（可由刻度盘上的数值读出）。
偏振光的产生
通常用以下两种方法产生偏振光：尼科尔棱镜或偏振片。 通常用以下两种方法产生偏振光：尼科尔棱镜或偏振片。 一块方解石的菱形六面体末端的表面磨光， 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， 等于 °，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。 加拿大树胶粘起来 ， 便成为一个尼科尔棱镜 。 其中非常光线 MP由方解石到加拿大树胶是由光疏介质到光密介质 ， 必将发 由方解石到加拿大树胶是由光疏介质到光密介质， 由方解石到加拿大树胶是由光疏介质到光密介质 生折射通过加拿大树胶，由棱镜的另一端面射出， 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。 平面偏振光。
第一节 旋光检测技术
• 利用旋光计测量出旋光物质（光学活性物质）对 利用旋光计测量出旋光物质（光学活性物质） 旋光物质 偏振光旋转角度的方向 左旋或右旋）和大小， 旋转角度的方向（ 偏振光旋转角度的方向（左旋或右旋）和大小， 从而进行定性与定量分析的技术， 从而进行定性与定量分析的技术，称为旋光检测 技术。 技术。 • 旋光物质对偏振光的旋转方向和角度大小是该物 质的固有特性 固有特性。 质的固有特性。偏振光旋转的方向和角度称为旋 光度。左旋（－），右旋（＋）。 （－），右旋 光度。左旋（－），右旋（＋）。 • 物质的旋光度主要取决于物质本身的结构，此外 物质的旋光度主要取决于物质本身的结构 物质本身的结构， 与入射光的波长及温度有关，对溶液而言， 波长及温度有关 与入射光的波长及温度有关，对溶液而言，还与 溶液性质、溶液浓度和溶液厚度有密切关系 有密切关系。 溶液性质、溶液浓度和溶液厚度有密切关系。