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小型旋光仪实验的总结及测量晶体旋光率的实验设计.doc

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上传者: 孙才俊 2017-12-08 评分 5 0 150 20 682 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《小型旋光仪实验的总结及测量晶体旋光率的实验设计doc》,可适用于工程科技领域,主题内容包含小型旋光仪实验的总结及测量晶体旋光率的实验设计物理学院基地班王栋偏振光通过某些晶体或某些物质的溶液以后偏振光的振动面将旋转一定的角度这种现象称为旋光符等。

小型旋光仪实验的总结及测量晶体旋光率的实验设计物理学院基地班王栋偏振光通过某些晶体或某些物质的溶液以后偏振光的振动面将旋转一定的角度这种现象称为旋光现象。具有旋光性质的物质有石英、糖溶液、酒石酸溶液等。实验室中应用小型旋光仪可测量葡萄糖溶液的旋光率α或测量未知葡萄糖溶液的浓度c。现在总结旋光仪三分视场的产生方式和影响旋光性的因素并提出测量固体晶体旋光率的实验方法。一、三分视场的产生为了提高实验测量的精确程度旋光仪采用了三分视场。三分视场可由罗兰片或用半荫法产生。以罗兰片为例。罗兰片由光学玻璃和石英制成(如图)石英玻璃具有旋光性使入射的偏振光振动方向改变一个角度因而与经光学玻璃透射的光束有了不同的振动方向。由光源发出的光经过起偏镜后变成偏振光其中一部分再经过石英片。石英是各向异性晶体光线通过它将发生双折射。可以证明厚度适当的石英片会使穿过它的偏振光的振动面转过θ角这样进入测试管的光是振动面间的夹角为θ的两束偏振光。在图中,OP表示通过起偏镜后的光矢量而OP则表示通过起偏镜与石英片后的偏振光的光矢量OA表示检偏镜的偏振化方向OP和OP与OA的夹角分别为β和β'OP和OP在OA轴上的分量分别为OP和OP。转动检偏镜时OP和OP的大小将发生变化于是AAAA从目镜中所看到的三分视场的明暗也将发生变化(见图的下半部分)。图中画出了四种不同的情形:()β'>β,OP>OP。从目镜观察到三分视场中与石英片对应的中部为暗区与起偏镜AA直接对应的两侧为亮区三分视场很清晰。当β'=π时亮区与暗区的反差最大。()β'=β,OP=OP。三分视场消失整个视场为较暗的黄色。AA()β'<β,OP<OP。视场又分为三部分与石英片对应的中部为亮区与起偏镜直接AA对应的两侧为暗区。当β'=π时亮区与暗区的反差最大。()β'=β,OP=OP。三分视场消失。由于此时OP和OP在OA轴上的分量比第二种情AA形时大因此整个视场为较亮的黄色。由于在亮度较弱的情况下人眼辨别亮度微小变化的能力较强所以取图()情形的视场为参考视场并将此时检偏镜偏振化方向所在的位置取作度盘的零点。二、影响旋光性的因素旋光度决定于旋光物质的性质、厚度、以及入射光的波长。以旋光性溶液为例糖溶液对光振动方向转过的角度Q和糖溶液在玻璃管中的长度L糖溶液浓度c成正比即Q=αcL式中α为旋光率对于糖溶液它与入射光波长λ和温度t有关。三、测晶体折射率的装置晶体的旋光度Q与晶体厚度成正比即Q=αL与糖溶液的旋光度形式上近似只要测出晶体的厚度L以及偏振光旋转的角度Φ即可通过作图法并求斜率的方法得到旋光率α的数值。故测量晶体旋光率的装置应该与测糖溶液浓度的装置大致相似包括单色光源、起偏器、罗兰片、检偏器和目镜系统等主要器件。o但事实上晶体的旋光性要远远优于葡萄糖溶液。葡萄糖溶液旋光率约为dm(gml),o而石英晶体对波长nm钠光的旋光率为mm对波长nm的紫光旋光率为omm。可见即使是几毫米的晶体片也会对光的偏振方向产生很大的影响。如果取厚度ooo一定的晶体进行测量假设消光位置顺时针转过了此时并不能确定旋光度是还是o或者是。设未置入旋光物质时检偏器在消光位置的读书为Φ经旋光后检偏器在新的消光位置的oo读数为Φ令Φ=ΦΦ则Φ的取值范围为,以右旋物质为例用图像表示角度Φ与晶体厚度L的关系其中od=α即厚度每增加d旋光o度Q增加L和Φ不是一一对应的关系。(在测葡萄糖溶液浓度试验中因为始终有oαcL<故我们认定Q=Φ即只要测出的角度Φ便可求得α或c。)对于待测晶体其d值可能非常小甚至小过所取晶体片的厚度L仅仅根据分立的几组测量值不能反映晶体真实的旋光性能。因此为了获得连续变化的晶体厚度我做了这样的设计:将晶体片磨制成顶角很小的楔形底边厚度约为,mm横向长度约,cm在其中一面标示刻度表示插入深度和对应的厚度。实验时光线垂直晶体楔的一个表面入射将楔缓慢推入或者抽出可以观察到视场的亮度成周期性变化。具体测量步骤如下:()未插入晶体时找到消光位置记下刻度盘的读数Φ()将楔缓慢推入视场亮度发生变化重新消光时记下插入深度D。继续推入视场重新变亮()再将楔缓慢拉出当插入深度为D(D<D)时旋转检偏器达到重新消光记录刻度盘读数Φ和此时对应的厚度L()旋光率即为α=(ΦΦ)L,正负表征左旋还是右旋(正为右旋负为左旋)。重复测量求平均值可得较精确的旋光率。

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