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旋光仪
概述

    一、基本概念
    旋光度,Specific Rotation,又称旋光率,比旋光度,即比旋光度[a]表示,当平面偏振光通过含有某些光学活性的化合物液体或溶液时,能引起旋光现象,使偏振光的平面向左或向右旋转(按顺时针方向转动称为右旋,用“+”表示;按逆时针方向转动称为左旋,用“-”表示)。
    二、物体具有旋光性的条件
    物体具有旋光性,其结构不能具有空间反演不变的性质。对于分子可以随机朝向的多晶或者溶液,分子必须具有手征性。由于有机分子本身的手征性导致的旋光性称为内旋光,内旋光分为左旋光和右旋光性,但如果一种物体内部同时具有左右旋光或物体分子本身结构具有相反的手性,则物体不表现旋光性。由于物体内部同时具有左右旋光的分子而不表现旋光性称为外消旋性,而分子本身结构具有相反的手性而不表现旋光性称为内消旋性。
    三、旋光度的测定
    旋光仪是用来测定光学活性物质旋光能力大小和方向的仪器。光学活性物质可以旋转偏振光平面,其大小和方向除了与该物质结构有关外,还与测定时的温度、所用光的波长、溶液的浓度和溶剂、旋光管的长度等有关。一般单色光源用钠光灯,波长为589nm,以D表示。规定以每毫升溶液所含溶质的克数作为质量浓度的单位。由旋光仪测得旋光角度后,可以下式计算旋光度:α为用旋光仪测得的旋光度;c为溶液的质量浓度(g/ml);l为旋光管的长度/dm;t为测定时温度(℃),λ为测定所用光波波长(钠光以D表示)。光活性物质为液体时,则以密度ρ(g/ml)代替c,即若以100ml溶液含溶质的克数,则,如果糖的水溶液,溶液浓度为5g/100ml,在1dm旋光管中测得旋光角度为-4.64°,则:书写旋光度时,除注明温度,光波波长外,在数据后的括号内,注明其质量百分浓度和配制溶液用的溶剂。
    四、旋光性的维相描述
    旋光性,可以用左旋光和右旋光具有不同传播速度维相地进行描述。任何偏正光都可以看成左旋光和右旋光的叠加。把左右旋的光叠加成偏正光时,偏正方向跟两种光的位相差有关系。如果两种光传播速度不同,就会产生附加的维相差,导致偏正光旋转。
    五、旋光性和晶体双折射的类比
    双折射晶体可以将偏振光变为椭圆偏振光,或者其他方向的偏振光,将两块很薄的双折射晶体以比较随意的方向叠加(夹角为ψ),则叠加结果破坏空间反演不变性。

影响因素

    (1) 溶剂
    旋光物质的旋光度主要取决于物质本身的结构。另外,还与光线透过物质的厚度,测量时所用光的波长和温度有关。如果被测物质是溶液,影响因素还包括物质的浓度,溶剂也有一定的影响。因此旋光物质的旋光度,在不同的条件下,测定结果通常不一样。
    (2) 温度
    温度升高会使旋光管膨胀而长度加长,从而导致待测液体的密度降低。另外,温度变化还会使待测物质分子间发生缔合或离解,使旋光度发生改变。不同物质的温度系数不同,一般在-(0.01~0.04)℃之间。为此在实验测定时必须恒温,旋光管上装有恒温夹套,与超级恒温槽连接。
    (3) 浓度和旋光管长度
    在一定的实验条件下,常将旋光物质的旋光度与浓度视为成正比,因为将比旋光度作为常数。而旋光度和溶液浓度之间并不是严格地呈线性关系,因此严格讲比旋光度并非常数,旋光度与旋光管的长度成正比。旋光管通常有10cm、20cm、22cm三种规格。经常使用的有10cm长度的。但对旋光能力较弱或者较稀的溶液,为提高准确度,降低读数的相对误差,需用20cm或22cm长度的旋光管。

应用领域

    广泛应用于制药、药检、制糖、食品、香料、味精以及化工、石油等工业生产,科研、教学部门,用于化验分析或过程质量控制。

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