旋光度测定
同修 / 2022-07-15
旋光度测定当有机化合物分子中含有不对称碳原子时，就表现出具有旋光性。例如燕糖、葡萄糖、薄荷脑等数万种物质都具有旋光性，可叫做旋光性物质。
旋光性物质的旋光特性，可通过比旋光度来测定。比旋光度和物质的熔点、沸点等物理常数一样，可作为旋光性物质的一个特性常数。因此，通过比旋光度的测定，可以鉴别旋光性物质的纯度。
通常，自然光是在垂直于光线进行方向的平面内，沿各个方向振动，如图16-20(1)所示。当自然光射入某种晶体(如冰晶石)制成的偏振片或人造偏振片(聚碘乙烯醇薄膜)时，透出的光线只有一个振动方向，称为偏振光，如图16-20(2)所示。当偏振光经过旋光性物质时，其偏振光平面可被旋转，产生旋光现象，如图16-20(3)所示。此时偏振光平面旋转的角度称为旋光度。在一定温度(通常用t表示，可为20℃或25℃)一定波长光线(黄色钠光，可用D表示，波长入为589.3nm)下，偏振光透过每毫升含1克旋光物质，其厚度为1分米(10厘米)溶液时的旋光度，叫做比旋光度(或称旋光率、旋光系数)。
可按下式计算：
(a)tD=a.100/l.c
式中[a6为温度t时，在黄色钠光波长下测定的比旋光度。为在旋光仪上测得的旋光度，旋光方向可用+或R表示右旋(顺时针方向旋转)，用一或表示左旋(逆时针方向旋转)。c为溶液的浓度(克/100毫升)，式中表示偏振光所经过的液层厚度(分米)。应当指出，旋光性物质在不同溶剂中制成的溶液，其旋光度和旋光方向是不同的。
对于纯液体的比旋光度，可用下式计算：
(a)tD=a.100/l.c
式中d为纯液体在温度t时的密度(克/毫升)，其它符号含义同上式。
1.仪器
国产WXG-4型旋光仪外形图如图16-21所示。其光路图如图16-22所示。由光源1发出的光，经聚光镜2、滤色镜3、起偏器4变为平面偏振光再经半荫片5呈现三分视场。当通过含有旋光活性物质的旋光测定管6时，偏振面发生旋转，光线经检偏器7，物镜、目镜组8，通过聚焦手轮9可清晰看到三分视场，再通过转动测量手轮12使三分视场明暗程成一致。此时镜可从放大镜10读出读数度盘游标11上的旋转角度——旋光度。
光路图中起偏器和检偏器的作用如图16-23所示。起偏器(l)和检偏器(ll)为两个偏振片。当钠光射入起偏器，再射出的为偏振光，此偏振光又射入检偏器。如果这两个偏振片的方向相互平行，则偏振光可不受阻碍地通过检偏器，观测者在检偏器后可看到明亮的光线(如图16-23(1)所示)。当慢慢转动检偏器，观测者可看到光线逐渐变暗，当旋至90°，即两个偏振片的方向互为垂直时，则偏振光完全被检偏器阻挡，视野呈现全黑(如图16-23(2)所示)。
图 16-23起偏器(I)和检偏器(Ⅱ)的作用
如果在测量光路中先不放入装有旋光物质的旋光测定管和半荫片，此时转动检偏器使其与起偏器振动方向互相垂直，则偏振光不通过检偏器，在目镜看不到光亮，视野全黑。此时读数度盘应指示为零，即为仪器的零点。然后将装有旋光性物质的旋光测定管装入光路中，由于偏振光被旋光性物质旋转了一个角度，使光线部分地通过检偏器，目镜又呈现光亮。此时再旋转检偏器，使检偏器的振动方向与透过旋光性物质以后的偏振光方向相互垂直，则目镜视野再次呈现全黑。此时检偏器在读数度盘上旋转过的角度，即为旋光性物质对偏振光的旋光度，可由读数度盘直接读出。
前述旋光仪的零点和样品旋光度的测量，都以视野呈现全黑为标准，但人的视觉要判定两个完全相同的“全黑”是不可能的。为提高测定的准确度，通常在起偏器和旋光测定管之间，放入一个半荫片装置，以帮助进行比较。
半荫片是一个由石英和玻璃构成的圆形透明片，如图16-24所示，呈现三分视场。半荫片放在起偏器之后，当偏振光通过半荫片时，由于石英片的旋光性，把偏振光旋转了一个角度。因此通过半荫片的这束偏振光就变成振动方向不同的两部分。这两部分偏振光到达检偏器时，通过调节检偏器的位置，可使三分视场左、右的偏振光不能透过，而中间可透过。即在三分视场里呈现左、右最暗，中间稍亮的情况(如图16-25(1)所示)。若把检偏器调节到使中间的偏振光不能通过的位置，则左、右可透过部分偏振光，在三分视场呈现中间最暗，左、右稍亮的情况(如图16-25(2)所示)。很明显，调节检偏器必然存在一种介于上述两种情况之间的位置，即在三分视场中看到中间与左、右的明暗程度相同而分界线消失的情况(如图16-25(3)所示)。因此利用半荫片，通过比较中间与左、右的明暗程度相同，作为调节的标准要比利用判断整个视野全黑的情况要准确的多。
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