刘邵鹏，许亚军，刘　烈，陈余行

(上海工程技术大学，上海　201620)



*通讯联系人

基于不同波长的光对葡萄糖溶液旋光色散的研究

刘邵鹏，许亚军，刘烈*，陈余行

(上海工程技术大学，上海201620)

摘 要：通过不同波长的光源照射葡萄糖水溶液，观察到旋光现象，并测出了不同波长所对应的旋光度，从而计算出它们的旋光率。通过分析测量数据得，在一定温度下葡萄糖溶液旋光率与波长具有对应的函数关系，证实了旋光率与照射光源波长倒数的平方成正比。

关键词：旋光度，旋光率，旋光色散

自然光通过偏振片或尼科尔棱镜后，该光束就只有一个偏振平面,称之为偏振光[1]；如果线偏振光再通过某些晶体或某些物质的溶液后，偏振光的偏振面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象[13]，该偏振面旋转的角度称为旋光度或旋光角，能够使偏振光的偏振面发生偏转的物质称为旋光性物质，旋光性物质分为两类：迎着射来的光线看去，如果旋光性物质使振动面顺时针旋转，那么这种物质称为右旋物质，如葡萄糖、麦芽糖或蔗糖的水溶液。反之如果振动面逆时针旋转，这种物质称为左旋物质，如转化糖或果糖的水溶液[2,15]。旋光率的大小和旋转的方向(右旋或左旋) 则决定于旋光物质的内部结构；而同一旋光物质对于不同波长的线偏振光的旋光率是不相同的[3]。不同波长的光在同一旋光性物质中旋光率不同，这种现象称为旋光色散现象[4-7]。

目前大学物理实验中的旋光仪实验均为观测溶液的旋光现象，对旋光色散虽有提及，但对其规律却缺少研究，本文将运用配制一定浓度的葡萄糖溶液，利用不同光源发出的波长进行照射，进行旋光率随波长变化规律的研究，探究葡萄糖溶液的旋光色散现象。

1实验原理

偏振面旋转的角度φ称为旋转角或旋光度，它与偏振光通过的溶液长度L和溶液中旋光性物质的浓度c成正比,即：φ=αcL[11],该式中，α称该物质的旋光率,它在数值上等于偏振光通过单位长度(1分米)、单位浓度(1 克/毫升)的溶液后引起振动面旋转的角度。c用克/毫升表示，L用分米表示[10]。

如图1所示。如果转动检偏镜，视场依次出现(a)、(b)、(c)、(d)图像。由于暗视场下光强随角度变化的灵敏度比亮视场灵敏度高，所以将三分视场均匀暗的位置(图1(b))作为仪器的读数位置[12]。测量时以无测试溶液时，旋转检偏器旋光仪视场中出现图1(b)图像时读出的数值作为仪器的零点，放入旋光液体后再次旋转检偏器使三分视场均匀暗，再次出现(b)图视场时读出的数值减去零点读数，即检偏镜转过的角度即为被测试溶液的旋光度φ。

图1　三分视场光强变化图像

2实验过程

2.1实验仪器及条件

WXG-4型旋光仪，Na灯(λ=589.3 nm)、高压汞灯、滤光片(λ=435.8 nm、546.1 nm、577.0 nm)，激光光源(λ=632.8 nm)，浓度为20%的葡萄糖溶液；由于温度对旋光物质的旋光率有关，实验表明，在室温条件下温度每升高(或降低)1 ℃其旋光率约减小(或增加)0.024 °·ml·dm-1·g-1,因此温度对实验的误差将产生很大影响[1]，本实验期间将注意保持测试管温度不变，以避免温度变化带来的影响。

2.2实验步骤

(1)调节旋光仪的目镜，使能看清视场中三部分的分界线。WXG-4型旋光仪：主要构造为起偏器和检偏器两部分。起偏器俗称第一尼科尔棱镜，是使各向振动的可见光起偏振，它固定在仪器的前端。检偏器用来测定偏振面的转动角度，称为第二尼科尔棱镜，随刻度盘一起转动[8]；转动检偏镜，校验零点位置，记下左右刻度盘上的相应读数。当实际测定某旋光物质的旋光度时，应该将此偏差值减去，得出的才是该旋光物质溶液的真实旋光度φ[9]。

图2　旋光度测量原理图

(2)将注入浓度为20%葡萄糖水溶液的测试管放入旋光仪内，旋转目镜至适当处后，并根据半荫法原理，先记录零位读数；而后用不同波长的光源照射，测量出不同波长的光波照射溶液后偏振光的旋转角度，并计算旋光度φ。

(3)改变光源并重复上述步骤：使用高压汞灯作为光源时，将不同规格的滤光片置于旋光仪镜头前方来改变入射光波长(435.8 nm,546.1 nm,577.0 nm)；在用氦氖激光作为光源(632.8 nm)测量其旋光度时，要注意激光器与旋光仪的光轴要保持平行，且激光光束发散角小，光照强度高，实验时在激光与旋光仪之间还加了扩束镜和毛玻璃；每次更换光源时，都重新校验零点位置，以减少误差[14]。

3数据分析及实验结果

表1　不同波长λ对应旋光度φ测量及α*计算结果数据表

* 根据 式计算,其中葡萄糖溶液浓度c=0.2 g/mL,，L=2 dm,室温不变

2.测量结果及分析

图与α函数关系图线

4结论

1.根据实验结果得到葡萄糖溶液的旋光率α随光波波长变化而变化，波长改变对旋光度φ的大小都会有影响，从而影响到旋光物质的旋光率α。

3.本文来自学生创新实验选题，由学生自主设计实验目标、实验方案并通过实验获得实验结果，并撰写了本文，如果实验课程中能利用现有实验条件，鼓励学生对发现的问题进行探索，可以扩大学生的视野，对培养学生的创新精神和科学素养是一种很好的方法。

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Study on the Optical Rotator Dispersion of Glucose Solution Based on Different Wavelength

LIU Shao-peng,XU Ya-jun,LIU Lie,CHEN Yu-hang

(Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620)

Abstract：The optical rotation is observed by the different wavelength of the light source,and the optical rotation is measured at different wavelengths.By analyzing the measured data,the function relation between the specific rotation and the wavelength of the glucose solution at a certain temperature was confirmed.

Key words：optical rotation；specific rotation；optical rotation dispersion

中图分类号：O 436.3

文献标志码：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.005

文章编号：1007-2934(2016)01-0020-03

收稿日期：2015-09-08