基于旋光效應測量溶液濃度的實驗改進

李芬蕾

（陜西省石油化工學校 培訓部，陜西 西安 710061）

分析測試

基于旋光效應測量溶液濃度的實驗改進

李芬蕾

（陜西省石油化工學校 培訓部，陜西 西安 710061）

對旋光儀實驗裝置結構改進，把旋光溶液濃度用電信號測量表示。通過理論分析與實驗，該改進的方法對較小的旋光角測量精度有顯著的提高，并測量了低濃度的蔗糖溶液。

旋光效應；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

根據旋光效應，可以測量具有旋光現象溶液的濃度。在生物醫學、化學等領域，此種方法廣泛的測量旋光溶液濃度。此種方法需要通過人眼觀察測量旋光角，如WXG-4型旋光儀，具有一定的誤差，當溶液濃度較低，旋光角較小時，此種誤差就比較大[1，2]。通過改進該實驗裝置，把旋光角測量轉化為電信號測量，通過精密的儀器來電信號，明顯優于人眼直接辨別觀察旋光角。本文著重研究了通過電信號測量旋光溶液濃度。

1 旋光效應測溶液濃度基本原理

當平面偏振光通過某些透明物質后，振動面要發生旋轉，這個現象叫旋光現象。振動面被旋轉的角度叫旋光角。對于溶液來說，旋光角與溶液的厚度和溶液的濃度相關，同時旋光角還與溶液的溫度和光波的波長相關。

WXG-4型旋光儀基本原理構造示意圖如圖1。溶液在測試管中，光經過起偏器后通過測試管中的旋光溶液，旋轉檢偏器，通過觀察目鏡觀察視場中亮暗變化來測量旋光角及其溶液的濃度。

圖1 WXG-4型旋光儀構造示意圖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L1，可測量其旋光角φ1，如果要測量同種未知濃度的溶液，只要測定該溶液的厚度L2旋光角φ2。如果不考慮溶液旋光率隨濃度變化，在相同的實驗條件下，即室溫相同，并且L1=L2=L，那么，

2 實驗部分

2.1 實驗裝置的改進

WXG-4型旋光儀測量方法，觀察實驗現象需要靠人眼辨別，對于低濃度的溶液測量誤差較大，因為低濃度的溶液旋光角較小。為了提高測量較小的旋光角的精度，需要對實驗裝置進行必要的改進。見圖2。光源 起偏鏡 聲光調制器 測試管 檢偏鏡光電探測器 鎖相放大器數字示波器

圖2 電信號測量實驗裝置示意圖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。設入到檢偏鏡的光強為I0。如果沒有聲光調制器，低濃度的溶液的旋光角φ很小，根據馬呂斯定律，在檢偏鏡后面的光強為：

考慮到聲光調制器的作用，經檢偏鏡后的光強為[3]：

2.2 實驗測量

實驗中光源用鈉燈，光波波長為589.3nm，室溫為22，樣品管長100mm，溶液樣品為蔗糖水溶液。光電轉換器將光信號轉化為電信號，用鎖相放大器檢測光強中基頻分量，即2I0Φφsinωt項，根據實驗觀察效果選擇合適的調制幅度和調制頻率。實驗中觀察到實驗濃度為0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的電信號強度線性增大，見圖3。

圖3 不同濃度下觀測的電信號圖Fig.3 Theelectric signalpatternsatdifferentsolution concentration

由圖 3 可見，圖 3（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）對應蔗糖濃度為 0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的觀測圖樣，為方便圖像對比，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。

電信號與濃度關系圖見圖4。

圖4 電信號與蔗糖溶液濃度關系圖Fig.4 The electric signal versus sucrose solution concentration

由圖4可以看出，電信號強度隨濃度基本成線性變化。在相同的實驗條件下，通過比較測量法，可以測量未知旋光溶液的濃度。

3 結論

（1）基于旋光效應測量溶液濃度，把旋光角的測量轉化為電信號的測量。

（2）通過聲光調制器的調制和鎖相放大器的工作，可以把電信號放大，放大倍數由聲光調制幅值確定，據此可以測量濃度較低的溶液。

（3）通過測量放大的電信號來測量低濃度的溶液，明顯比通過人眼直接觀察微小的旋光角來測量濃度的方式精度要高。

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

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

［3］常悅，錢小陵.光偏振的微小旋轉角的測量技術［J］.量子電子學報，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年畢業于安徽工業大學（原華東冶金學院）工業分析專業，本科，主要從事分析化學專業的理論和實踐教學工作。