旋光度的测定

一、实验目的1、了解旋光仪测定旋光度的基本原理2、掌握用旋光仪测定溶液或液体物质的旋光度的方法3、测定布洛芬的旋光度二、实验内容1、布洛芬溶液的配定。采用乙醇为溶剂配定一定溶度的布洛芬溶液。2、旋光仪零点的校正3、布洛芬旋光度的测定三、实验原理只在一个平面上振动的光叫做平面偏振光，简称偏振光。物质能使偏振光的振动平面旋转的性质，称为旋光性或光学活性。具有旋光性的物质，叫做旋光性物质或光学活性物质。旋光性物质使偏振光的振动平面旋转的角度叫做旋光度。许多有机化合物，尤其是来自生物体内的大部分天然产物，如氨基酸、生物碱和碳水化合物等，都具有旋光性。这是由于它们的分子结构具有手征性所造成的。因此，旋光度的测定对于研究这些有机化合物的分子结构具有重要的作用，此外，旋光度的测定对于确定某些有机反应的反应机理也是很有意义的。测定溶液或液体的旋光度的仪器称为旋光仪。旋光仪的光学系统如图1所示。由单色光源发出的光线经起偏器后变为线偏振光，在放入待测溶液前调节目镜的焦距使视场更清晰，再调节检偏器，使视场最暗。当放入待测溶液后由于旋光性，视场由暗变亮。旋转检偏器，使视场重新变暗，所转过的角度就是旋转角，进而就可以代人公式(1)求出浓度。图1中半波片为一长方形石英片，位于光路截面的中央，将光路的圆形截面直径分割为三部分，两侧为空气，通过物目镜组看到的视场就是由此分割而成的三分视场。石英晶片的光轴方向与起偏器、检偏器的透振方向同位于垂直于仪器光轴的平面内(图2中CD方向)。实验时起偏器透振方向固定，旋转检偏器，使其透振方向在图2的平面内旋转，通过目镜可以观察到亮暗连续变化的三分视场．检偏器透振方向转过360°的过程中，将产生4个特殊的三分视场，以此为例说明三分视场的原理。图2中P11是起偏器的透振方向，P2是检偏器透振方向，P11与半波片的光轴方向夹角为α，正常使用时通常为10°左右。实验过程中，P11保持固定，α亦固定，仅P2可以连续改变。线AB与线CD垂直，钠光灯发出的光线经过起偏器后变成线偏振光，光路中央的线偏振光经过半波片后，振动方向转过2α，为P12。当旋转检偏器使P2方向连续变化时，三分视场中间部分与两边部分将出现明暗的连续变化，其中两边的明暗变化情况相同．如下所述：1)当P2与P12平行时，如图2(a)，在视野中将观察到，中间部分较明亮，而两边较暗，视场如图3(a)所示。2)当P2与P11平行时，如图2(b)，在视野中可以看到，中间部分较暗，而两边较亮，如图3(b)所示。3)当P2与CD平行时，如图2(c)，两边直接来自起偏器的光偏振方向P11与P2夹角为α，而中间经过半波片的光偏振方向P12与P2的夹角也是α，这样中间和两边的光偏振方向与P2夹角均为α，由马吕斯定律可知，三分视场光强应当相同，视场均匀．由于仪器正常使用时α为10°左右，故此时视野呈较亮状态，且三分视场亮度均匀，如图3(c)所示。4)当P2与AB平行时，如图2(d)，两边直接来自起偏器的光偏振面与P2夹角为90°-α，而中间经过半波片的光偏振面与P2夹角也是90°-α，这样中间和两边的光与检偏器夹角都是90°-α，由马吕斯定律可知，三分视场光强应当相同，视场均匀，且视野呈较暗状态。如图3(d)所示。由以上分析可知三分视场均匀亮[图3(c)]，与均匀暗[图3(d)l时，检偏器透振方向角度相差90°，因为暗视场下光强随角度变化的灵敏度比亮视场灵敏度要高，所以将三分视场均匀暗的位置作为仪器的读数位置。四、实验器材仪器：WXG-4型圆盘旋光仪试剂：乙醇、布洛芬固体五、实验步骤及现象1、称取0.4g的布洛芬固体于广口瓶中，用量筒量取30ml乙醇，倒入广口瓶中。由于布洛芬在乙醇的溶解度较小，所以配定布洛芬溶液的浓度应该合适。2、样品管的清洗及填充将样品管一端的螺帽旋下，取下玻璃盖片，用去离子水清洗样品管；然后用样品溶液润洗样品管两次；用滴管注入待测溶液或蒸馏水至管口，并使溶液的液面凸出管口。小心将玻璃盖片沿管口方向盖上，把多余的溶液挤压溢出，使管内不留气泡，盖上螺帽。管内如有气泡存在，需重新装填。装好后，将样品管外部拭净，以免沾污仪器的样品室。3、仪器零点的校正接通电源并打开光源开关，5-10min后，钠光灯发光正常（黄光），才能开始测定。通常在正式测定前，均需校正仪器的零点，即将充满蒸馏水或待测样品的溶剂的样品管放入样品室，旋转粗调钮和微调钮至目镜视野中三分视场的明暗程度完全一致(较暗)，再按游标尺原理记下读数，如此重复测定五次；取其平均值即为仪器的零点值。上述校正零点过程中，三分视场的明暗程度(较暗)完全一致的位置，即是仪器的半暗位置。通过零点的校正，要学会正确识别和判断仪器的半暗位置，并以此为准，进行样品旋光度的测定。4、样品旋光度的测定调节检偏器，使视场最暗；当放入待测溶液后由于旋光性，视场由暗变亮。旋转检偏器，使视场重新变暗，所转过的角度就是旋转角。实验测得的旋光度为57.5°。六、注意事项1、测试的液体或固体物质的溶液应不显浑浊或含有混悬的小粒。2、物质的比旋度与测定光源、测定波长、溶剂、浓度和温度等因素有关。因此，表示物质的比旋度时应注明测定条件。3、旋光仪的读数。该仪器采用双游标卡尺读数，以消除度盘偏心差。度盘分360格，每格1º，游标卡尺分20格，等于度盘19格，用游标直接读数到0.05º。如图4所示，游标0刻度指在度盘9与10格之间，且游标第6格与度盘某一格完全对齐，故其读数为α=+(9.00º+0.05º×6)=9.30º。仪器游标窗前方装有两块4倍的放大镜，供读数时用。图4旋光仪的读数4、左旋与右旋物质的判断（1）取长短不一的3支试管，注入同一种溶液并充满试管不留气泡，测量并记录各管长(即液柱长：本实验室提供长度分别为l1=1.00dm，l2=2.00dm，l3=2.20dm的3支试管)。（2）在旋光仪镜筒中未放人试管的情况下检查旋光仪的零点误差。（3）将准备好的各试管分别放入旋光仪中，测出对应旋光度Φ1、Φ2、Φ3并记录，实验中一律按右旋物质进行调节、读数，并注意长管旋光度读数较小时的情形。（4）根据下式对所测数据进行分析，满足该关系式，则对应物质为右旋物质，反之则为左旋物质(σ=Φ-180°，应满足关系下式)。式中l的单位为分米，c的单位为g/cm3，α是与物质有关的系数，称为该溶液的旋光率(又叫比旋光率)，单位为度·厘米3/(分米·克)。