一、实验目的和要求
1、了解旋光仪测定旋光度的基本原理；
3、了解葡萄糖和果糖的旋光性质；
化学实验报告4、学习通过测定旋光度计算溶液含糖量的方法。
二、实验内容和原理
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。
物质的旋光度与测定时所用溶液的浓度、样品管长度、温度、所用光源的波长及溶剂的性质等因素有关。因此，常用比旋光度[α]来表示物质的旋光性。
溶液的比旋光度与旋光度的关系为：
式中为比旋光度；t为测定时的温度(℃)；D表示钠光(波长λ＝589.3nm)；α为观测的旋光度；c为溶液的浓度，以g·mL-1为单位；L为样品管的长度，以dm为单位。
如果被测定的旋光性物质为纯液体，可直接装入样品管中进行测定，这时，比旋光度可由下式求出：
式中d为纯液体的密度(g·mL-1)。
测定旋光度具有以下意义：
1.测定已知物溶液的旋光度，再查其比旋光度，即可计算出已知物溶液的浓度。
2.将未知物配制成已知浓度的溶液，测其旋光度，计算出比旋光度，再与文献值对照，作为鉴定未知物的依据。
3.由比旋光度可按下式求出样品的光学纯度(OP)。光学纯度的定义是：旋光性产物的比旋光度除以光学纯试样在相同条件下的比旋光度。
三、主要物料及产物的物理常数
英文名 | 分子式 | 分子量 | 结构式 | 比旋光度 | |
D-葡萄糖 | (2S,3R,4R,5S)-6-(hydroxymethyl)-2,3,4,5,6-pentamethyltetrahydro-2H-pyran-2,3,4,5-tetraol | C6H12O6 | 198.17 | +52.5° | |
D-果糖 | (2R,3S,4S,5R)-2,5-bis(hydroxymethyl)tetrahydrofuran-2,3,4-triol | C5H10O5 | 180.16 | -92° | |
四、主要仪器设备
仪器 WZZ-2S自动旋光仪；样品管。
试剂 待测葡萄糖、果糖样品溶液。
五、操作方法和实验步骤
1、样品管的充填
将样品管一端的螺帽旋下，取下玻璃盖片(小心不要掉在地上摔碎！)，然后将管竖直，管口朝上。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，需将气泡移动至样品管的凸颈位置。装好后，将样品管外部拭净，以免沾污仪器的样品室。
2、用WZZ-2S自动旋光仪测定糖类化合物的旋光度
(1)接通电源后，打开电源开关(见仪器左侧)，等待10min使钠灯发光稳定。
(2)打开光源开关，(若光源开光打开后，钠光灯熄灭，则再将光源开关上下重复打开1到2次，使钠光灯在直流下点亮，为正常。)
(3)按“测量”键(见仪器正面)，这时液晶屏应有数字显示。
注意：开机后“测量”键只需按一次，如果误按该键，则仪器停止测量，液晶屏无显示。用户可再
次按“测量”键，液晶重新显示，此时需重新校零。若液晶屏已有数字显示，则不需按“测量”键。
(4)将已注入蒸馏水的样品管放入仪器试样室的试样槽中，盖上箱盖，待示数稳定后，按下“清零”键，使显示为零。
注意：样品管中若有气泡，应先让气泡浮在凸颈处。
(5)取出装蒸馏水的样品管，将将充满葡萄糖溶液的样品管放入试样室的试样槽中，盖好箱盖。仪器读数窗将显示出该样品的旋光度。
(6)逐次揿下复测按钮，重复读几次数，取平均值作为葡萄糖溶液的测定结果。
(7)把葡萄糖溶液的换成果糖溶液重复步骤(5)、(6)测定果糖溶液的旋光度。
注意：记录所用样品管的长度、测定时的温度，并注明所用溶剂(如用水做溶剂则可省略)。
(8)仪器使用完毕后，应依次关闭测量、光源、电源开关。
(9)测定完毕，将样品管中的液体倒出，洗净，吹干，并在橡皮垫上加滑石粉保存。
六、实验结果与分析
实验数据记录表
光程长度 | 旋光度 | ||||
1 | 2 | 3 | 平均 | ||
葡萄糖 | 2 dm | +5.094° | +5.096° | +5.096° | +5.095° |
果糖 | 1 dm | -4.740° | -4.742° | -4.738° | -4.740° |
通过实验测得的旋光度，用下式分别计算葡萄糖溶液和果糖溶液的浓度：
葡萄糖：比旋光度 = +52.5°，计算得c = 0.0485 g·mL-1。
果糖：：比旋光度 = -92°，计算得c = 0.0515 g·mL-1。
七、讨论、心得
1、影响旋光度的因素
(1)溶剂的影响
旋光物质的旋光度主要取决于物质本身的结构。另外，还与光线透过物质的厚度，测量时所用光的波长和温度有关。如果被测物质是溶液，影响因素还包括物质的浓度，溶剂也有一定的影响。因此旋光物质的旋光度，在不同的条件下，测定结果通常不一样。因此一般用比旋光度作为量度物质旋光能力的标准，其定义式为：比旋光度可用下式表示：
式中，D表示光源，通常为钠光D线；t为实验温度(℃)；α为旋光度；l为液层厚度(m)；c为浓度(kg·m-3)。
在测定比旋光度值时，应说明使用什么溶剂，如不说明一般指水为溶剂。
(2)温度的影响
温度升高会使旋光管膨胀而长度加长，从而导致待测液体的密度降低。另外，温度变化还会使待测物质分子间发生缔合或离解，使旋光度发生改变。通常温度对旋光度的影响，可用式：
表示。式中t为测定时的温度，Z为温度系数。不同物质的温度系数不同。为此在实验测定时必须恒温，旋光管上装有恒温夹套，与超级恒温槽连接。
(3)浓度和旋光管长度对比旋光度的影响
在一定的实验条件下，常将旋光物质的旋光度与浓度视为成正比，因为将比旋光度作为常数。而旋光度和溶液浓度之间并不是严格地呈线性关系，因此严格讲比旋光度并非常数，在精密的测定中比旋光度和浓度间的关系可用下面的三个方程之一表示：
式中q为溶液的百分浓度；A，B，C为常数，可以通过不同浓度的几次测量来确定。旋光度与旋光管的长度成正比。旋光管通常有10cm、20cm、22cm三种规格。经常使用的有10cm长度的。但对旋光能力较弱或者较稀的溶液，为提高准确度，降低读数的相对误差，需用20cm或22cm长度的旋光管。
2、仪器介绍
WZZ-2S自动旋光仪也是实验室中常用来测定旋光度的仪器之一。它采用光电检测自动平
衡原理，进行自动测量。测量结果由数字显示。它具有稳定可靠、体积小，灵敏度高、没有人差、读数方便等特点。对目视旋光仪难以分析的低旋光度样品也能适应。
该种仪器一般用20W钠光灯为光源，并通过可控硅自动触发恒流电源点燃，光线通过聚光镜、小孔光柱和物镜后形成一束平行光，然后经过起偏镜后产生平行偏振光，这束偏振光经过有法拉弟效应的磁旋线圈时，其振动面产生50Hz的一定角度的往复振动，该偏振光线通过检偏镜透射到光电倍增管上，产生交变的光电讯号。当检偏镜的透光面与偏振光的振动面正交时，即为仪器的光学零点，此时出现平衡指示。而当偏振光通过一定旋光度的测试样品时，偏振光的振动面转过一个角度α，此时光电讯号就能驱动工作频率为50Hz的伺
服电机，并通过蜗轮杆带动检偏镜转动α角而使仪器回到光学零点，此时读数盘上的示值即为所测物质的旋光度。
WZZ-2S旋光仪的光学系统结构见下图
1-钠灯；2-聚光镜；3-场镜；4-起偏器；5-调制器；6-准直镜；7-试管；8-检偏器；9-物镜；10-滤片；11-光栏；12-光电倍增管；13-自动高压；14-前置放大；15-选频放大；16-
功率放大；17-非线性控制；18-测速反馈；19-伺服电机；20-机械传动；21-模数转换；22-数字显示。
发布评论