李芬蕾

（陜西省石油化工學(xué)校 培訓(xùn)部，陜西 西安 710061）

分析測(cè)試

基于旋光效應(yīng)測(cè)量溶液濃度的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

李芬蕾

（陜西省石油化工學(xué)校 培訓(xùn)部，陜西 西安 710061）

對(duì)旋光儀實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)，把旋光溶液濃度用電信號(hào)測(cè)量表示。通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)，該改進(jìn)的方法對(duì)較小的旋光角測(cè)量精度有顯著的提高，并測(cè)量了低濃度的蔗糖溶液。

旋光效應(yīng)；旋光角；濃度

Abstract:Based on the improvement of the saccharimeter,the concentration of optically active solution is realized by comparison measurement.The concentration of optically active solution is represented by the electric signal,the improvementmeasurementmethod ismore accurate thanmeasurement the angle of rotation directlly.

Key words:optically active;angle of rotation;concentration

根據(jù)旋光效應(yīng)，可以測(cè)量具有旋光現(xiàn)象溶液的濃度。在生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域，此種方法廣泛的測(cè)量旋光溶液濃度。此種方法需要通過(guò)人眼觀察測(cè)量旋光角，如WXG-4型旋光儀，具有一定的誤差，當(dāng)溶液濃度較低，旋光角較小時(shí)，此種誤差就比較大[1，2]。通過(guò)改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)裝置，把旋光角測(cè)量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)測(cè)量，通過(guò)精密的儀器來(lái)電信號(hào)，明顯優(yōu)于人眼直接辨別觀察旋光角。本文著重研究了通過(guò)電信號(hào)測(cè)量旋光溶液濃度。

1 旋光效應(yīng)測(cè)溶液濃度基本原理

當(dāng)平面偏振光通過(guò)某些透明物質(zhì)后，振動(dòng)面要發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這個(gè)現(xiàn)象叫旋光現(xiàn)象。振動(dòng)面被旋轉(zhuǎn)的角度叫旋光角。對(duì)于溶液來(lái)說(shuō)，旋光角與溶液的厚度和溶液的濃度相關(guān)，同時(shí)旋光角還與溶液的溫度和光波的波長(zhǎng)相關(guān)。

WXG-4型旋光儀基本原理構(gòu)造示意圖如圖1。溶液在測(cè)試管中，光經(jīng)過(guò)起偏器后通過(guò)測(cè)試管中的旋光溶液，旋轉(zhuǎn)檢偏器，通過(guò)觀察目鏡觀察視場(chǎng)中亮暗變化來(lái)測(cè)量旋光角及其溶液的濃度。

圖1 WXG-4型旋光儀構(gòu)造示意圖Fig.1 the simple setup ofWXG-4

若已知濃度為C1的某種旋光性溶液，溶液的厚度為L(zhǎng)1，可測(cè)量其旋光角φ1，如果要測(cè)量同種未知濃度的溶液，只要測(cè)定該溶液的厚度L2旋光角φ2。如果不考慮溶液旋光率隨濃度變化，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，即室溫相同，并且L1=L2=L，那么，

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

WXG-4型旋光儀測(cè)量方法，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象需要靠人眼辨別，對(duì)于低濃度的溶液測(cè)量誤差較大，因?yàn)榈蜐舛鹊娜芤盒饨禽^小。為了提高測(cè)量較小的旋光角的精度，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行必要的改進(jìn)。見圖2。光源 起偏鏡 聲光調(diào)制器 測(cè)試管 檢偏鏡光電探測(cè)器 鎖相放大器數(shù)字示波器

圖2 電信號(hào)測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.2 The setup of the polarimetry by electric signal

圖2中，起偏鏡和檢偏鏡的偏振化方向垂直。設(shè)入到檢偏鏡的光強(qiáng)為I0。如果沒有聲光調(diào)制器，低濃度的溶液的旋光角φ很小，根據(jù)馬呂斯定律，在檢偏鏡后面的光強(qiáng)為：

考慮到聲光調(diào)制器的作用，經(jīng)檢偏鏡后的光強(qiáng)為[3]：

2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量

實(shí)驗(yàn)中光源用鈉燈，光波波長(zhǎng)為589.3nm，室溫為22，樣品管長(zhǎng)100mm，溶液樣品為蔗糖水溶液。光電轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，用鎖相放大器檢測(cè)光強(qiáng)中基頻分量，即2I0Φφsinωt項(xiàng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察效果選擇合適的調(diào)制幅度和調(diào)制頻率。實(shí)驗(yàn)中觀察到實(shí)驗(yàn)濃度為0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的電信號(hào)強(qiáng)度線性增大，見圖3。

圖3 不同濃度下觀測(cè)的電信號(hào)圖Fig.3 Theelectric signalpatternsatdifferentsolution concentration

由圖 3 可見，圖 3（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）對(duì)應(yīng)蔗糖濃度為 0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的觀測(cè)圖樣，為方便圖像對(duì)比，其中圖 3（a）、（b）、（c）、（d）、（e）示波器分度值為 2V，圖 3（f）示波器分度值為5V。

電信號(hào)與濃度關(guān)系圖見圖4。

圖4 電信號(hào)與蔗糖溶液濃度關(guān)系圖Fig.4 The electric signal versus sucrose solution concentration

由圖4可以看出，電信號(hào)強(qiáng)度隨濃度基本成線性變化。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，通過(guò)比較測(cè)量法，可以測(cè)量未知旋光溶液的濃度。

3 結(jié)論

（1）基于旋光效應(yīng)測(cè)量溶液濃度，把旋光角的測(cè)量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的測(cè)量。

（2）通過(guò)聲光調(diào)制器的調(diào)制和鎖相放大器的工作，可以把電信號(hào)放大，放大倍數(shù)由聲光調(diào)制幅值確定，據(jù)此可以測(cè)量濃度較低的溶液。

（3）通過(guò)測(cè)量放大的電信號(hào)來(lái)測(cè)量低濃度的溶液，明顯比通過(guò)人眼直接觀察微小的旋光角來(lái)測(cè)量濃度的方式精度要高。

［1］鐘紅梅，侯德順.WXG-4型旋光儀測(cè)定旋光度操作方法［J］.河北化工，2008，21（11）：62-65.

［2］杜珊.旋光儀半陰法原理［J］.保山師專學(xué)報(bào)，2009，16（5）：54-57.

［3］常悅，錢小陵.光偏振的微小旋轉(zhuǎn)角的測(cè)量技術(shù)［J］.量子電子學(xué)報(bào)，1999，16（4）：375-379.

Im provement of the polarimetry on optically active solution

LIFen-lei

（Department of Training,Petrochemical School of Shaanxi Province,Xi′an 710061,China）

O657.39

A

1002-1124（2011）01-0027-02

2010-11-19

李芬蕾（1967-），女，講師，1990年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)（原華東冶金學(xué)院）工業(yè)分析專業(yè)，本科，主要從事分析化學(xué)專業(yè)的理論和實(shí)踐教學(xué)工作。