. . . .旋光儀實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)儀器1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）加深對(duì)旋光現(xiàn)象的理解，觀察線偏振光通過(guò)旋光物質(zhì)的旋光現(xiàn)象； （2）掌握旋光儀的構(gòu)造原理和使用方法；（3）測(cè)定糖溶液的比旋光率及其濃度。2.實(shí)驗(yàn)儀器WXG-4圓盤旋光儀、電子天平、溫度計(jì)、量筒、燒杯、玻璃棒、溫度計(jì)、濾紙、鹽酸（4mol/L）、蔗糖、去離子水。二、實(shí)驗(yàn)原理1.物質(zhì)的旋光性當(dāng)線偏振光通過(guò)某些透明物質(zhì)（例如糖溶液）后，偏振光的振動(dòng)面將以光的傳播方向?yàn)檩S線旋轉(zhuǎn)一定角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)的角度稱為旋光度。能使其振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱為旋光性物質(zhì)。若面對(duì)光源，使振動(dòng)面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱為右旋物；使振動(dòng)面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱為左旋。蔗糖、葡萄糖、乳糖、麥芽糖等為右旋物質(zhì)，果糖、轉(zhuǎn)化糖為左旋物質(zhì)。對(duì)某一溫度下的旋光溶液，旋光度與入射光的波長(zhǎng)、溶液的長(zhǎng)度L溶液的濃度C成正比，即= CL式中旋光度的單位為“度”，L的單位為dm ，溶液濃度的單位為g/ml；為該物質(zhì)的旋光率，即長(zhǎng)度1dm、濃度1g/ml時(shí)溶液引起的振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)角度，其與溫度有關(guān)。幾種糖對(duì)鈉黃光（=589.3nm）在不同溫度和濃度下的旋光率關(guān)系如下：蔗糖：（20）= 66.473 + 0.0127Z， Z = 0500g/ml（t）= （20）1-0.00037（t-20）， t = 1430轉(zhuǎn)化糖：（20）= -19.8 - 0.036Z， Z = 90350g/ml（t）= （20）+ 0.304（t-20）， t = 330式中指100ml溶液所含溶質(zhì)質(zhì)量，若長(zhǎng)度以cm做單位，則旋光度= Z100L10蔗糖的水解產(chǎn)物是轉(zhuǎn)化糖，它是果糖和葡萄糖的混合物，具有左旋性。2.蔗糖純度的計(jì)算設(shè)純蔗糖在t1時(shí)旋轉(zhuǎn)角為1，則1 = （66.473 + 0.0127Z1）1-0.00037（t1-20）Z1100L10式中，Z1為蔗糖的質(zhì)量；設(shè)轉(zhuǎn)化糖在t 時(shí)旋轉(zhuǎn)角為2，則2 = （-19.8 - 0.036Z2 + 0.304（t-20）Z2100L10式中，Z2為轉(zhuǎn)化糖的質(zhì)量。設(shè)蔗糖溶液中雜質(zhì)旋光度為，則40ml溶液的總旋光度1為：1 = 1 + 往蔗糖中加入鹽酸使其完全變成轉(zhuǎn)化糖，稀釋至44ml. 則40ml的轉(zhuǎn)化糖溶液旋光度為：2 = 2 +4044 由以上兩式可得：1 1.12 = 1 1.12由于蔗糖分子量為342，轉(zhuǎn)化糖分子量為360，所以Z1、Z2的關(guān)系為：Z2 = 3603424044Z1聯(lián)合上述式子可得：Z1 = 1000（1 1.12 ）L87.3-0.0246t-20-0.320t-20+0.0490Z1式中，計(jì)算時(shí)可以先忽略0.0490Z1這一項(xiàng)，算出Z1的近似值，在逐次逼近算出Z1的較準(zhǔn)確值。最后，蔗糖純度為：蔗糖純度 = Z1M100%3.旋光儀原理物質(zhì)的旋光性測(cè)量原理如圖所示。首先將起偏鏡與檢偏鏡的偏振方向調(diào)到正交，觀察到視場(chǎng)最暗。然后裝上待測(cè)旋光溶液的試管，因旋光溶液的振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)，視場(chǎng)變亮，為此調(diào)節(jié)檢偏鏡，再次使視場(chǎng)調(diào)至最暗，這時(shí)檢偏鏡所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，即為待測(cè)溶液的旋光度。由于人們的眼睛很難準(zhǔn)確地判斷視場(chǎng)是否全暗，因而會(huì)引起測(cè)量誤差。為此該旋光儀采用了三分視場(chǎng)的方法來(lái)測(cè)量旋光溶液的旋光度。從旋光儀目鏡中觀察到的視場(chǎng)分為三個(gè)部分，一般情況下，中間部分和兩邊部分的亮度不同。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡時(shí)，中間部分和兩邊部分將出現(xiàn)明暗交替變化。當(dāng)放進(jìn)了待測(cè)旋光液的試管后，由于溶液的旋光性，使線偏振光的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)了一定角度，使零度視場(chǎng)發(fā)生了變化，只有將檢偏鏡轉(zhuǎn)過(guò)相同的角度，才能再次看到零視場(chǎng)，這個(gè)角度就是旋光度。三、實(shí)驗(yàn)步驟1.糖溶液的制備1）用天平稱量20g蔗糖，使其溶解，配置100ml的蔗糖溶液；2）將蔗糖溶液過(guò)濾后倒入40ml至50ml量筒中，滴加10滴鹽酸，稀釋至44ml；3）將溶液倒入小燒杯中，在水浴鍋中加熱到7080，保溫15min，使蔗糖全部轉(zhuǎn)化為葡萄糖，并冷卻至室溫。2.調(diào)整旋光儀1) 接通電源，開啟電源開關(guān)，約五分鐘后，鈉光燈發(fā)光正常，便可使用；2) 調(diào)節(jié)旋光儀調(diào)焦手輪，使其能觀察到清晰的三分視場(chǎng)；3) 轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，觀察并熟悉視場(chǎng)明暗變化的規(guī)律，調(diào)節(jié)至零度視場(chǎng)，即三分視界消失，三部分亮度相等，視場(chǎng)較暗，記錄游標(biāo)盤的讀數(shù)0；4) 用去離子清洗旋光管T，再用少許蔗糖溶液清洗。將蔗糖倒入旋光管中并充滿，旋緊蓋子，使有球的一端朝上，將氣泡趕入玻璃球內(nèi)。擦拭干凈旋光管和兩端的玻璃面，放入旋光儀中，測(cè)量蔗糖的旋光度和蔗糖溶液溫度t1.5) 用同樣的方法測(cè)量轉(zhuǎn)化糖的旋光度和蔗糖溶液溫度t2.四、數(shù)據(jù)處理1.原始數(shù)據(jù)測(cè)量零點(diǎn)及蔗糖、轉(zhuǎn)化糖的旋轉(zhuǎn)角 M = 20.0002g t1=23.2 t2=23.4項(xiàng)目12345左右左右左右左右左右零點(diǎn)（0）0000000000蔗糖（）28.7028.7028.3028.3027.6027.6028.0028.0028.9028.90轉(zhuǎn)化糖（）174.40174.40174.70174.70174.20174.20174.30174.30174.90174.902. 蔗糖、轉(zhuǎn)化糖的旋轉(zhuǎn)角項(xiàng)目12345平均蔗糖（1）28.7028.3027.6028.0028.9028.30轉(zhuǎn)化糖（2）174.40174.70174.20174.30174.90174.50則蔗糖的旋轉(zhuǎn)角 1 = 28.30-0 = 28.30轉(zhuǎn)化糖的旋轉(zhuǎn)角 2 = 174.50-180 = -5.503.蔗糖純度的計(jì)算由公式Z1 = 1000（1 1.12 ）L87.3-0.0246t-20-0.320t-20+0.0490Z1進(jìn)行逐次逼近求得Z1 = 19.4065g則蔗糖純度 = 19.4065g20.0002g100% = 97.03%五、分析討論（提示：分析討論不少于400字）1實(shí)驗(yàn)中三分視場(chǎng)的方法是利用放進(jìn)存有待測(cè)溶液的試管后，由于溶液具有旋光性，使平面偏振光旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，零度視場(chǎng)便發(fā)生了變化。轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡一定角度，能再次出現(xiàn)亮度一致的視場(chǎng)。三分視場(chǎng)是亮與暗的交界，人眼能夠清晰的觀測(cè)其變化。實(shí)驗(yàn)中當(dāng)旋轉(zhuǎn)檢偏器使線偏振光方向連續(xù)變化時(shí), 由于兩邊的光沒有經(jīng)過(guò)半波片，在檢偏器前邊的光偏振方向如P1，而中間的光因?yàn)榻?jīng)過(guò)了半波片，偏振方向?yàn)閳D中P2，三分視場(chǎng)中間部分與兩邊部分將出現(xiàn)明暗的連續(xù)變化，會(huì)出現(xiàn)以下四種情況：由馬呂斯定律I = I0cos2和上圖可知：三分視場(chǎng)均勻亮與均勻暗時(shí) ,檢偏器透振方向角度相差/2，因?yàn)榘狄晥?chǎng)下光強(qiáng)隨角度變化的靈敏度比亮視場(chǎng)靈敏度要高, 所以將三分視場(chǎng)均勻暗的位置作為儀器的讀數(shù)位置。實(shí)驗(yàn)中我首先使用三分視場(chǎng)均勻亮測(cè)量刻度盤的零點(diǎn)，但發(fā)現(xiàn)五次測(cè)量結(jié)果最大值和最小值相差5左右，而使用暗視場(chǎng)測(cè)量時(shí)，誤差在0.5范圍內(nèi)，這充分說(shuō)明使用暗視場(chǎng)作為零點(diǎn)效果最好。2實(shí)驗(yàn)中凡是有螺紋的測(cè)微儀器，會(huì)由于內(nèi)外螺紋間隙引入的誤差 實(shí)驗(yàn)中每一次旋轉(zhuǎn)檢偏器的度盤轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，應(yīng)該朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)檢偏器的度盤轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，直到視場(chǎng)中三部分弱照度相等(零度視場(chǎng))為止。如果旋轉(zhuǎn)過(guò)了測(cè)量點(diǎn)，則應(yīng)該反方向旋轉(zhuǎn)超過(guò)測(cè)量點(diǎn)，重新正向旋轉(zhuǎn)，以消除螺距引起的空程誤差。3實(shí)驗(yàn)中沒有放糖溶液的時(shí)候我們調(diào)清晰的視場(chǎng)會(huì)在放入糖溶液后變得模糊，由于糖的折射率與溶液的濃度有關(guān)，因而不同濃度蔗糖或轉(zhuǎn)化糖的T型管放入后，由于折射率的變化，調(diào)清晰的視場(chǎng)也會(huì)變得模糊，均需要重新調(diào)節(jié)焦距，此時(shí)如果忘記調(diào)焦也會(huì)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差，如果每次測(cè)量都調(diào)焦會(huì)提高測(cè)量的精度。4 . 關(guān)于計(jì)算Z1的不確定度問題，由公式Z1 = 1000（1 1.12 ）L87.3-0.0246t-20-0.320t-20+0.0490Z1前后都包含Z1，不太好直接計(jì)算，所以將等式右邊的Z1直接用計(jì)算出的結(jié)果Z1=19.4065g代替，再把T型管長(zhǎng)度L，以及溫度t全部看成常量，計(jì)算出分母數(shù)值，則等式化為：Z1 = 1000（1 1.12 ）1741.68 = 0.574（1 1.12）計(jì)算過(guò)程如下：s(1) = i=15(1i-1)24 = 0.428（度2）U(1) =(tn)2sX2+儀2 = 1.2520.428+0.052 = 0.819（度）s(2) = i=15(2i-2)24 = 0.238（度2）U(2) =(tn)2sX2+儀2 = 1.2520.238+0.052 = 0.612（度）UZ1 =(Z11)2U12+(Z1 2)2U22 = 0.574(U12+（1.1）2U22=0.574(0.819)2+(1.1)20.6122 = 0.6085g則Z1 = （19.40650.6085）g六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論1. 當(dāng)線偏振光通過(guò)蔗糖溶液后，偏振光的振動(dòng)面將以光的傳播方向?yàn)檩S線旋轉(zhuǎn)一定角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)的角度稱為旋光度。2. 由單色光源發(fā)出光線經(jīng)起偏器后變?yōu)榫€偏振光, 在放入待測(cè)溶液前調(diào)節(jié)目鏡的焦距使視場(chǎng)更清晰, 再調(diào)節(jié)檢偏器, 使視場(chǎng)最暗。當(dāng)放入待測(cè)溶液后由于旋光性,視場(chǎng)由暗變亮。旋轉(zhuǎn)檢偏器,使視場(chǎng)重新變暗, 所轉(zhuǎn)過(guò)的角度就是旋轉(zhuǎn)角,進(jìn)而就可以代入公式求出蔗糖純度。七、原始數(shù)據(jù)（要求與提示：此處將原始數(shù)據(jù)拍成照片貼圖即可）1. 若不給自己設(shè)限，則人生中就沒有限制你發(fā)揮的藩籬。2. 若不是心寬似海，哪有人生風(fēng)平浪靜。在紛雜的塵世里，為自己留下一片純靜的心靈空間，不管是潮起潮落，也不管是陰晴圓缺，你都可以免去浮躁，義無(wú)反顧，勇往直前，輕松自如地走好人生路上的每一步3. 花一些時(shí)間，總會(huì)看清