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）

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。

图3 不同浓度下观测的电信号图Fig.3 Theelectric signalpatternsatdifferentsolution concentration

由图 3 可见，图 3（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）对应蔗糖浓度为 0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的观测图样，为方便图像对比，其中图 3（a）、（b）、（c）、（d）、（e）示波器分度值为 2V，图 3（f）示波器分度值为5V。

电信号与浓度关系图见图4。

图4 电信号与蔗糖溶液浓度关系图Fig.4 The electric signal versus sucrose solution concentration

由图4可以看出，电信号强度随浓度基本成线性变化。在相同的实验条件下，通过比较测量法，可以测量未知旋光溶液的浓度。

3 结论

（1）基于旋光效应测量溶液浓度，把旋光角的测量转化为电信号的测量。

（2）通过声光调制器的调制和锁相放大器的工作，可以把电信号放大，放大倍数由声光调制幅值确定，据此可以测量浓度较低的溶液。

（3）通过测量放大的电信号来测量低浓度的溶液，明显比通过人眼直接观察微小的旋光角来测量浓度的方式精度要高。

［1］钟红梅，侯德顺.WXG-4型旋光仪测定旋光度操作方法［J］.河北化工，2008，21（11）：62-65.

［2］杜珊.旋光仪半阴法原理［J］.保山师专学报，2009，16（5）：54-57.

［3］常悦，钱小陵.光偏振的微小旋转角的测量技术［J］.量子电子学报，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，讲师，1990年毕业于安徽工业大学（原华东冶金学院）工业分析专业，本科，主要从事分析化学专业的理论和实践教学工作。