基于旋光效应测量溶液浓度的实验改进

2011-09-24李芬蕾

化学工程师 2011年1期

关键词：旋光声光低浓度

李芬蕾

（陕西省石油化工学校培训部，陕西西安 710061）

分析测试

基于旋光效应测量溶液浓度的实验改进

李芬蕾

（陕西省石油化工学校培训部，陕西西安 710061）

对旋光仪实验装置结构改进，把旋光溶液浓度用电信号测量表示。通过理论分析与实验，该改进的方法对较小的旋光角测量精度有显著的提高，并测量了低浓度的蔗糖溶液。

旋光效应；旋光角；浓度

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

根据旋光效应，可以测量具有旋光现象溶液的浓度。在生物医学、化学等领域，此种方法广泛的测量旋光溶液浓度。此种方法需要通过人眼观察测量旋光角，如WXG-4型旋光仪，具有一定的误差，当溶液浓度较低，旋光角较小时，此种误差就比较大[1，2]。通过改进该实验装置，把旋光角测量转化为电信号测量，通过精密的仪器来电信号，明显优于人眼直接辨别观察旋光角。本文着重研究了通过电信号测量旋光溶液浓度。

1 旋光效应测溶液浓度基本原理

当平面偏振光通过某些透明物质后，振动面要发生旋转，这个现象叫旋光现象。振动面被旋转的角度叫旋光角。对于溶液来说，旋光角与溶液的厚度和溶液的浓度相关，同时旋光角还与溶液的温度和光波的波长相关。

WXG-4型旋光仪基本原理构造示意图如图1。溶液在测试管中，光经过起偏器后通过测试管中的旋光溶液，旋转检偏器，通过观察目镜观察视场中亮暗变化来测量旋光角及其溶液的浓度。

图1 WXG-4型旋光仪构造示意图Fig.1 the simple setup ofWXG-4

若已知浓度为C1的某种旋光性溶液，溶液的厚度为L1，可测量其旋光角φ1，如果要测量同种未知浓度的溶液，只要测定该溶液的厚度L2旋光角φ2。如果不考虑溶液旋光率随浓度变化，在相同的实验条件下，即室温相同，并且L1=L2=L，那么，

2 实验部分

2.1 实验装置的改进

WXG-4型旋光仪测量方法，观察实验现象需要靠人眼辨别，对于低浓度的溶液测量误差较大，因为低浓度的溶液旋光角较小。为了提高测量较小的旋光角的精度，需要对实验装置进行必要的改进。见图2。光源起偏镜声光调制器测试管检偏镜光电探测器锁相放大器数字示波器

图2 电信号测量实验装置示意图Fig.2 The setup of the polarimetry by electric signal

图2中，起偏镜和检偏镜的偏振化方向垂直。设入到检偏镜的光强为I0。如果没有声光调制器，低浓度的溶液的旋光角φ很小，根据马吕斯定律，在检偏镜后面的光强为：

考虑到声光调制器的作用，经检偏镜后的光强为[3]：

2.2 实验测量

实验中光源用钠灯，光波波长为589.3nm，室温为22，样品管长100mm，溶液样品为蔗糖水溶液。光电转换器将光信号转化为电信号，用锁相放大器检测光强中基频分量，即2I0Φφsinωt项，根据实验观察效果选择合适的调制幅度和调制频率。实验中观察到实验浓度为0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的电信号强度线性增大，见图3。