旋光仪的使用(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,旋光仪的使用,1,一、开篇设问,1,、什么是偏振光？,2,、什么是旋光现象？,3,、如何观测和检测旋光？,4,、旋光效应有何应用？,2,偏振,电磁波、声波是横波，它们的（电、磁、机械）振动方向与传播方向垂直，光波是一种电磁波，也是,横波,。,单一的横波其振动有一个明确的方向，这种现象称为,偏振,，这个方向称为,偏振方向,。,传播方向,传播方向,振动方向,振动方向,3,偏振光,一束自然光是由多个独立的光波构成，它们的振动方向各不相同,传播方向,自然光,振动方向,4,偏振光,在一束自然光的传播路径上加上起偏器后，只有那些振动方向与起偏方向相同的光能很好地通过。通过起偏器后的光有单一的振动方向，称为,偏振光,。,传播方向,自然光,振动方向,振动方向,偏振光,起偏器,5,二、背景介绍,1911,年，法国物理学家阿喇果（,D.F.J Arago,）发现，当偏振光通过石英晶体时，它的振动面会绕光的传播方向转过一定的角度。随后（,1815,年），法国物理学家毕奥（,Jean-Baptiste Biot,）在酒石酸中发现相同的现象，这种现象叫旋光效应。,旋光效应引起人们极大兴趣，近,200,年来，围绕产生旋光现象的原因、机理，科学家们的探索，有力地推动了对物质结构的认识和有机化学的发展，与此同时，旋光现象也在化学、化工、物理、医学等领域有了大量应用。,本实验就是要应用旋光效应，测旋光物质的浓度。,6,三、实验原理,偏振光通过旋光物质后，偏振面会发生旋转,振动方向,振动方向,振动方向,7,二、实验原理,振面旋转的角度,与旋光性物质的温度,t,、浓度,c,，以及光在该物质中的行程,有关,。,振动方向,振动方向,振动方向,=,c,称为旋光率，与温度有关,透明旋光物质,光在旋光物质中的行程,振动面旋转的角度,8,三、实验原理,振面旋转的角度,与旋光性物质的温度,t,、浓度,c,，以及光在该物质中的行程,有关,。,由,=,c,如果测出偏振光在浓度,c,已知的溶液行走,的距离偏振方旋转的角度,，就,可以算出该种物质的旋光率,。,如果某种旋光物质的,旋光率,已知，,测出偏振光在物质中行走,的距离偏振方旋转的角度,，就,可以算出该种物质的,浓度,c,。,9,测量系统,准直,旋光物质,起偏器,检偏器,光源,准直系统,旋光物质,偏振方向检测旋转角度读出,偏振方向检测旋转角度读出系统,准置系统：,将来自光源的发散光准直为平行光，以保证 有足够的光能 和稳定的光束通过后续系统。结构参见,平行光管实验,起偏器：,将准直的非偏振光变成偏振光。,旋光物质：,长度已知的透明旋光物质样本。,检偏器：,其实是另一个检偏器，当偏振光的偏振方向与其起偏方向垂直时，完全没有光通过，而平行时有最大的光能通过。因此旋转检偏器，从输出光的亮度的大小可判断透过旋光物质后，光的偏振方向。,偏振方向判断与角度读出系统：,考虑视觉特征，采用半荫片技术检测偏振方向，采用游标技术读取十分之一度以下角度，采用对称双游标，以消除角度读数盘偏心误差,10,半荫片技术,偏振方向判断,可以通过观察输出光亮度随检偏器旋转是否达到,最亮,或,最暗,来实现，最亮时输出光的偏振方向与检偏器起骗方向相同，最暗时输出光的偏振方向与检偏器起偏方向垂直。,但是人的视觉对最亮或最暗的判断并不很准确，,间断地通过最亮或最暗来判断偏振方向有很大误差。相比之下，人的视觉对明暗对比却比较敏感。半荫片技术就是利用人的这一视觉特点，,半荫片技术,就是利用人的这一视觉特点，将视场分成有明确界线的不同区域，通过光学技术将,最亮,或,最暗,的,判断,转化为在视场中是否存在,分界线的判断。,最亮,偏振方向与检偏器起偏方向平行,最暗,偏振方向与检偏器起偏方向垂直,有明显的分界线,偏振方向与起偏器起偏方向既不垂直，也不平行,没有分界线,偏振方向与起偏器起偏方向垂直，或平行,11,半荫片技术,由于视觉在暗视场中对明暗分界线最敏感，在视场有最小亮度时观察是否有分界线来判断偏振方向成为首选,。,在亮视场中观察,对不同亮度分界线,不敏感,在暗视场中观察,对不同亮度分界线,更敏感,12,四、实验仪器,1.,光源,2.,会聚透镜,3.,滤光片,4.,偏光片,5.,中央石英片和两旁玻璃补偿片,6.,测试管,7.,检偏镜,8.,望远镜物镜,9.,刻度盘,10.,望远镜目镜,13,四、实验仪器,有游标的刻度盘,测试管,望远镜目镜,刻度盘转动手轮,14,五、实验内容,1,、利用浓度已知的糖溶液，测糖的旋光率,。,2,、利用糖的浓度与偏振光旋转角度的关系，测糖的浓度,c,。,15,操作步骤,1,、旋光仪接,220v,交流电源，开启后预热,5,分钟，待纳光灯正常发光。,2,、校验零点位置。在没有放测试标本试管时，调节望远镜调焦手轮，使三分视场清晰。调节刻度盘转动手轮，使视场亮度一致（为全暗视场）。从刻度盘的两个游标上读数，将读数相加除以,2,作为测量的结果。反复测量,3,次取平均质，确定零位误差数值，对以后的测量值进行校正。,3,、放入浓度已知的糖溶液试管，测定糖的旋光率，反复测,6,次。,4,、放入浓度未知的糖溶液试管，测量,6,组数据，计算溶液的浓度，估算不确定度，写出结果表达。,16,数据处理,1,数据,1,2,3,4,5,6,0.3,0.2,0.1,0.4,0,0.3,16,16.6,17,16.9,17.2,17.3,19.3,19.7,18.6,18.4,18.7,19,无试管,0,已知,1,未知,2,次数,=0.21,度,=16.83,度,=18.95,度,17,数据处理,2,数据处理,18,六、设计案例,准直,旋光物质,起偏器,检偏器,光源,准直系统,旋光物质,偏振方向检测旋转角度读出,偏振方向检测旋转角度读出系统,偏振方向判断与角度读出系统：,考虑视觉特征，采用半荫片技术检测偏振方向，采用游标技术读取十分之一度以下角度，采用对称双游标，以消除角度读数盘偏心误差,19,七、最新进展,机理：,旋光性介质具有角动量，光也具有角动量。当光通 过该透明介质时，可以得到部分介质的角动量而使光的转动动能增加。,在有机物之中的旋光效应可以理解为，具有,手性碳原子,的化合物其角动量才可以使光的转动动能增加，使其光轴发生旋转。,20,七、最新进展,应用：,用于化学工业、医院、科研单位，用来测定含有旋光性的有机物质，如糖溶液、松节油、樟脑等几千种活性物质，确定它们的比重、纯度、浓度与含量。例如：用于食品工业：检验含糖量和测定食品调味品之淀粉含量；用于临床及医院：测定尿中含糖量及蛋白质；用于糖厂：检验生产过程中糖溶液浓度；用于药物香料工业：测定药物香料油之旋光性。,信息光学中运用旋光性实现光信息的可控处理，例如运用晶体旋光效应实现近场光学空间滤波,21,八、相关文献,大学物理实验,方利广 等主编 同济大学出版社,22,