旋光度測定
同修 / 2022-07-15
旋光度測定當(dāng)有機化合物分子中含有不對稱碳原子時，就表現(xiàn)出具有旋光性。例如燕糖、葡萄糖、薄荷腦等數(shù)萬種物質(zhì)都具有旋光性，可叫做旋光性物質(zhì)。
旋光性物質(zhì)的旋光特性，可通過比旋光度來測定。比旋光度和物質(zhì)的熔點、沸點等物理常數(shù)一樣，可作為旋光性物質(zhì)的一個特性常數(shù)。因此，通過比旋光度的測定，可以鑒別旋光性物質(zhì)的純度。
通常，自然光是在垂直于光線進行方向的平面內(nèi)，沿各個方向振動，如圖16-20(1)所示。當(dāng)自然光射入某種晶體(如冰晶石)制成的偏振片或人造偏振片(聚碘乙烯醇薄膜)時，透出的光線只有一個振動方向，稱為偏振光，如圖16-20(2)所示。當(dāng)偏振光經(jīng)過旋光性物質(zhì)時，其偏振光平面可被旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋光現(xiàn)象，如圖16-20(3)所示。此時偏振光平面旋轉(zhuǎn)的角度稱為旋光度。在一定溫度(通常用t表示，可為20℃或25℃)一定波長光線(黃色鈉光，可用D表示，波長入為589.3nm)下，偏振光透過每毫升含1克旋光物質(zhì)，其厚度為1分米(10厘米)溶液時的旋光度，叫做比旋光度(或稱旋光率、旋光系數(shù))。
可按下式計算：
(a)tD=a.100/l.c
式中[a6為溫度t時，在黃色鈉光波長下測定的比旋光度。為在旋光儀上測得的旋光度，旋光方向可用+或R表示右旋(順時針方向旋轉(zhuǎn))，用一或表示左旋(逆時針方向旋轉(zhuǎn))。c為溶液的濃度(克/100毫升)，式中表示偏振光所經(jīng)過的液層厚度(分米)。應(yīng)當(dāng)指出，旋光性物質(zhì)在不同溶劑中制成的溶液，其旋光度和旋光方向是不同的。
對于純液體的比旋光度，可用下式計算：
(a)tD=a.100/l.c
式中d為純液體在溫度t時的密度(克/毫升)，其它符號含義同上式。
1.儀器
國產(chǎn)WXG-4型旋光儀外形圖如圖16-21所示。其光路圖如圖16-22所示。由光源1發(fā)出的光，經(jīng)聚光鏡2、濾色鏡3、起偏器4變?yōu)槠矫嫫窆庠俳?jīng)半蔭片5呈現(xiàn)三分視場。當(dāng)通過含有旋光活性物質(zhì)的旋光測定管6時，偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，光線經(jīng)檢偏器7，物鏡、目鏡組8，通過聚焦手輪9可清晰看到三分視場，再通過轉(zhuǎn)動測量手輪12使三分視場明暗程成一致。此時鏡可從放大鏡10讀出讀數(shù)度盤游標(biāo)11上的旋轉(zhuǎn)角度——旋光度。
光路圖中起偏器和檢偏器的作用如圖16-23所示。起偏器(l)和檢偏器(ll)為兩個偏振片。當(dāng)鈉光射入起偏器，再射出的為偏振光，此偏振光又射入檢偏器。如果這兩個偏振片的方向相互平行，則偏振光可不受阻礙地通過檢偏器，觀測者在檢偏器后可看到明亮的光線(如圖16-23(1)所示)。當(dāng)慢慢轉(zhuǎn)動檢偏器，觀測者可看到光線逐漸變暗，當(dāng)旋至90°，即兩個偏振片的方向互為垂直時，則偏振光完全被檢偏器阻擋，視野呈現(xiàn)全黑(如圖16-23(2)所示)。
圖 16-23起偏器(I)和檢偏器(Ⅱ)的作用
如果在測量光路中先不放入裝有旋光物質(zhì)的旋光測定管和半蔭片，此時轉(zhuǎn)動檢偏器使其與起偏器振動方向互相垂直，則偏振光不通過檢偏器，在目鏡看不到光亮，視野全黑。此時讀數(shù)度盤應(yīng)指示為零，即為儀器的零點。然后將裝有旋光性物質(zhì)的旋光測定管裝入光路中，由于偏振光被旋光性物質(zhì)旋轉(zhuǎn)了一個角度，使光線部分地通過檢偏器，目鏡又呈現(xiàn)光亮。此時再旋轉(zhuǎn)檢偏器，使檢偏器的振動方向與透過旋光性物質(zhì)以后的偏振光方向相互垂直，則目鏡視野再次呈現(xiàn)全黑。此時檢偏器在讀數(shù)度盤上旋轉(zhuǎn)過的角度，即為旋光性物質(zhì)對偏振光的旋光度，可由讀數(shù)度盤直接讀出。
前述旋光儀的零點和樣品旋光度的測量，都以視野呈現(xiàn)全黑為標(biāo)準(zhǔn)，但人的視覺要判定兩個完全相同的“全黑”是不可能的。為提高測定的準(zhǔn)確度，通常在起偏器和旋光測定管之間，放入一個半蔭片裝置，以幫助進行比較。
半蔭片是一個由石英和玻璃構(gòu)成的圓形透明片，如圖16-24所示，呈現(xiàn)三分視場。半蔭片放在起偏器之后，當(dāng)偏振光通過半蔭片時，由于石英片的旋光性，把偏振光旋轉(zhuǎn)了一個角度。因此通過半蔭片的這束偏振光就變成振動方向不同的兩部分。這兩部分偏振光到達檢偏器時，通過調(diào)節(jié)檢偏器的位置，可使三分視場左、右的偏振光不能透過，而中間可透過。即在三分視場里呈現(xiàn)左、右最暗，中間稍亮的情況(如圖16-25(1)所示)。若把檢偏器調(diào)節(jié)到使中間的偏振光不能通過的位置，則左、右可透過部分偏振光，在三分視場呈現(xiàn)中間最暗，左、右稍亮的情況(如圖16-25(2)所示)。很明顯，調(diào)節(jié)檢偏器必然存在一種介于上述兩種情況之間的位置，即在三分視場中看到中間與左、右的明暗程度相同而分界線消失的情況(如圖16-25(3)所示)。因此利用半蔭片，通過比較中間與左、右的明暗程度相同，作為調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)要比利用判斷整個視野全黑的情況要準(zhǔn)確的多。
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