附件四光学测量光与物质作用时可以观察到各种光学现象（如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋光以及物质受激辐射等），分析研究这些光学现象，可以提供原子、分子以及晶体结构等方面的大量信息。所以，不论在物质的成分分析、结构测定以及光化反应等方面，都离不开光学测量技术。下面介绍基础化学实验中最常用的几种光学测量仪器。阿贝折射仪1.折射率测定的基本原理光从一种介质进入另一种介质时，会改变原来的传播方向，这种现象称为折射，如附图4—1所示。折射现象的基本规律可用折射定律来描述：设折射光线和入射光线分居于法线的两侧，并且处于同一平面中，则入射角的正弦与折射角的正弦之比值，对于给定的两种介质来说，总是一个常数。即sinα=常数(1)sin β此常数称为光从介质N射入介质M时的折射率。由此可见，折射率的大小与入射角的大小无关，而取决于两种介质的光学性质。如果光线从真空射入某一介质M中，则有sinα(真空)=n(M)(2)sin β(M)n(M)称为该介质M的绝对折射率，即我们通常情况下所说的折射率。式中α(真空)为光线在真空中的入射角。β(M)为光线进入介质M后的折射角。根据折射定律，光线从介质N射入介质M时应有如下关系。sinα(N)_n(M)(3)sin β(M)n(N)式中，n(M)、n(N)分别代表介质M和N的折射率，如果光线从空气射入某一介质M中，则n(空气)=1.00027(空气的绝对折射率)。sinα(空气) -n(M)n(M)(4)=n'(M)1.00027sin β(M)n(空气)n(M）称为介质M对空气的相对折射率。因n与n相差很小。所以在通常情况下，就以n值作为介质绝对折射率。折射率（n）的大小与所用单色光的波长和介质温度有关，表示测定结果时，应将测定介质温度标在n的右上角，将所使用单色光波长标在右下角。例如，20℃时，介质对钠光D线的折射率表示为np20从（3）式可知，如果光线从一种折射率小的介质射入折射率大的介质时[n(M)>n(N)]，入射角一定大于折射角[β(m)<α(N)]。当入射角增大时，折射角也增大，设当入射角α=90°
附件四 光学测量 光与物质作用时可以观察到各种光学现象(如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋 光以及物质受激辐射等)，分析研究这些光学现象，可以提供原子、分子以及晶体结构等方 面的大量信息。所以，不论在物质的成分分析、结构测定以及光化反应等方面，都离不开光 学测量技术。下面介绍基础化学实验中最常用的几种光学测量仪器。 阿贝折射仪 1.折射率测定的基本原理 光从一种介质进入另一种介质时，会改变原来的传播方向，这种现象称为折射，如附 图 4—1 所示。 折射现象的基本规律可用折射定律来描述： 设折射光线和入射光线分居于法线的两侧，并且处于同一平面中，则入射角的正弦与 折射角的正弦之比值，对于给定的两种介质来说，总是一个常数。即 = 常数 β α sin sin (1) 此常数称为光从介质 N 射入介质 M 时的折射率。由此可见，折射率的大小与入射角的大小 无关，而取决于两种介质的光学性质。如果光线从真空射入某一介质 M 中，则有 )( )(sin )(sin Mn M = β α 真空 （2） n(M)称为该介质 M 的绝对折射率，即我们通常情况下所说的折射率。式中α(真空)为光线在 真空中的入射角。β(M)为光线进入介质 M 后的折射角。根据折射定律，光线从介质 N 射入 介质 M 时应有如下关系。 )( )( )(sin )(sin Nn Mn M N = β α (3) 式中，n(M)、n(N)分别代表介质 M 和 N 的折射率，如果光线从空气射入某一介质 M 中，则 n(空气)=1.00027(空气的绝对折射率)。 )(' 00027.1 )( )( )( )(sin )(sin Mn Mn n Mn M === 空气 空气 β α (4) n'(M) 称为介质 M 对空气的相对折射率。因 n 与 n'相差很小。所以在通常情况下，就以 n' 值作为介质绝对折射率。 折射率（n）的大小与所用单色光的波长和介质温度有关，表示测定结果时，应将测定 介质温度标在n的右上角，将所使用单色光波长标在右下角。例如，20℃时，介质对钠光D 线的折射率表示为nD 20。 从（3）式可知，如果光线从一种折射率小的介质射入折射率大的介质时[n(M) >n(N)]， 入射角一定大于折射角[β(m)<α(N)]。当入射角增大时，折射角也增大，设当入射角α=90°
时，折射角为β，我们把此折射角称为临界。因此，当在两种介质的界面上以不同角度射入光线时（入射角α从0-90°），光线经过折射率大的介质后，其折射角β≤βo。其结果是大于临界角的不会有光，成为黑暗部分，小于临界角的有光，成为明亮部分，如附图4-2所示。根据（3）式可得：m(M) = (M)imBe( = (M) sin β(M)(5)sina(N)这样，当光线从一种介质进入另一种介质时，如果已知一种介质的折射率[n(M)]，只要测出折射时的临界角βo（M）就可以方便地求出另一种物质的折射率n[N]。基础化学实验中经常用来测定折射率的仪器称为阿贝折射仪。这种仪器就是根据上述原理而设计的。当光线从各个方向经被测液体射入棱角时，由于棱镜的折射率n(M)值固定不变，因此，就可以把临界角和n(M)直接联系起来，通过测出临界角而读出被测液体的折射率数值。入就光路介质N介质M7M折射光附图4-1光在不同介质中的折射附图42光的折射2、阿贝折射仪的结构附图4-3(a)是一种典型的阿贝折射仪的结构示意图，附图4-3(b)是它的外形（辅助棱镜呈开启状态），其中心部件是由两块直角棱镜组成的镜组，下面一块是可以启闭的辅助棱镜Q，且斜面是磨砂的，液体试样夹在辅助棱镜与测量棱镜P之间，展开一薄层。光由光源经反射镜M反射至辅助棱镜Q，磨砂的斜面发生漫射，因此，从液体试样层进入测量棱镜P的光线各个方向都有，从P直角边上方可观察到临界折射现象，转动棱镜组转轴A的手柄R，调整棱镜组的角度，使临界线正好落在测量望远镜视野V的X形准丝交点上。由于刻度盘S。与棱镜组的角度，使临界线正好落在测量望远镜视野V的X形准丝交点上。由手刻度盘S.与棱镜组的转轴A是同轴的，因此与试样折射率相对应的临界角位置能通过刻度盘反映出来，刻度盘上的示值有两行，一行是以日光为光源的条件下将B(M)值和n(M)值直接换成相当于钠光D线的折射率nD（从1.3000至1.7000），另一行为0-95%，它是工业上用折射仪测量固体物质在水溶液中的浓度的标度。为了方便，阿贝折射仪光源是日光而不是单色光，日光通过棱镜时，因其不同波长的光的折射率不同而产生色散，在目镜中看到一条彩色的光带，而没有清晰的明暗界线，为此，在测量望远镜的筒下面安置了一套消色散棱镜，又叫补偿棱镜或阿米帅棱镜，旋转消色散手柄3（如附图4-3），就可以使色散现象消除。为使测试液体恒温，可由恒温水入口向棱角的夹套内导人恒温水，并在插于央套中的温
时，折射角为β，我们把此折射角称为临界。因此，当在两种介质的界面上以不同角度射入 光线时（入射角α从 0-90°），光线经过折射率大的介质后，其折射角β≤β0。其结果是大于临 界角的不会有光，成为黑暗部分，小于临界角的有光，成为明亮部分，如附图 4-2 所示。 根据（3）式可得： )(sin)( )(sin )(sin )()( 0 0 Mn M Na M MnNn β β = ⋅= (5) 这样，当光线从一种介质进入另一种介质时，如果已知一种介质的折射率[n(M)]，只要 测出折射时的临界角β0（M）就可以方便地求出另一种物质的折射率n[N]。 基础化学实验中经常用来测定折射率的仪器称为阿贝折射仪。这种仪器就是根据上述原 理而设计的。当光线从各个方向经被测液体射入棱角时，由于棱镜的折射率 n(M)值固定不 变，因此，就可以把临界角和 n(M)直接联系起来，通过测出临界角而读出被测液体的折射 率数值。 附图 4-1 光在不同介质中的折射 附图 4 2 光的折射 2、阿贝折射仪的结构 附图 4-3(a)是一种典型的阿贝折射仪的结构示意图，附图 4-3(b)是它的外形（辅助棱镜 呈开启状态），其中心部件是由两块直角棱镜组成的镜组，下面一块是可以启闭的辅助棱镜 Q，且斜面是磨砂的，液体试样夹在辅助棱镜与测量棱镜P之间，展开一薄层。光由光源经 反射镜M反射至辅助棱镜Q，磨砂的斜面发生漫射，因此，从液体试样层进入测量棱镜P的 光线各个方向都有，从P直角边上方可观察到临界折射现象，转动棱镜组转轴A的手柄R，调 整棱镜组的角度，使临界线正好落在测量望远镜视野V的X形准丝交点上。由于刻度盘Sc与 棱镜组的角度，使临界线正好落在测量望远镜视野V的X形准丝交点上。由于刻度盘Sc与棱 镜组的转轴A是同轴的，因此与试样折射率相对应的临界角位置能通过刻度盘反映出来，刻 度盘上的示值有两行，一行是以日光为光源的条件下将β(M)值和n(M)值直接换成相当于钠 光D线的折射率nD（从 1.3000 至 1.7000），另一行为 0-95%，它是工业上用折射仪测量固体 物质在水溶液中的浓度的标度。 为了方便，阿贝折射仪光源是日光而不是单色光，日光通过棱镜时，因其不同波长的光 的折射率不同而产生色散，在目镜中看到一条彩色的光带，而没有清晰的明暗界线，为此， 在测量望远镜的筒下面安置了一套消色散棱镜，又叫补偿棱镜或阿米帅棱镜，旋转消色散手 柄 3（如附图 4-3），就可以使色散现象消除。 为使测试液体恒温，可由恒温水入口向棱角的夹套内导人恒温水，并在插于央套中的温
度计上读出温度。.人设度饺战7SF一统幼11Q"Mi附图4-3阿贝折光仪的构造及外形1-读数望远镜；2-测量望远镜：3-消色散手柄；4-恒温水入口；5-温度计：6-测量棱镜；7-转轴；8-铰链；9-辅助棱镜：10-加液槽；11-反射镜：12-底座；13-锁钮；14-刻度盘罩3、阿贝折射仪使用方法（1）仪器安装：将阿贝折射仪安放在明亮处，但应避免阳光的直接照射，以免液体试样受热迅速蒸发。用橡皮管将超级恒温槽与阿贝折射仪串联起来，使超级恒温槽中的恒温水通入棱镜夹套内，检查插入棱镜夹套中的温度计的读数是否符合要求（一般选用20.0±0.1℃或25.0±0.1℃）(2）加样：松开锁钮，开启辅助棱镜，使其磨砂的斜面处于水平位置，用滴管加入少量丙酮清洗镜面，并用擦镜纸将镜面擦干净。待镜面洗净干燥后，滴加数滴试样于辅助棱镜的毛镜面上，迅速闭合辅助棱镜，旋紧锁钮。若挥发性很大的样品，则可在合上辅助棱镜后再由棱镜的加液槽滴入试样，然后闭合二棱镜，锁紧锁钮。（3）对光：转动手柄R，使刻度盘标尺上的示值最小，调节反射镜，使入射光进入棱镜组。同时，从测量望远镜中观察，使视场最亮。调节自镜，使视场准丝最清晰。（4）粗调：转动手柄R，使刻度标尺上的示值逐渐增大，直至观察至视场中出现彩色光带或黑白分界线为止。（5）消色散：转动消色散手柄，使视场内呈现一清晰的明暗分界线。（6）精调：再仔细转动手柄R，使分界线正好处于X形准丝交点上。（7）读数：从读数望远镜中读出刻度盘上的折射率数值。目前通常使用的阿贝折射仪可读至小数点后的第四位。为了使读数准确，一般应将试样重复测量三次，每次相差不得大于0.0002，然后取平均值。（8）测量完毕后，打开棱镜，并用擦镜纸擦净镜面。4、阿贝折射仪使用注意事项阿贝折射仪是一种精密的光学仪器，使用时应注意以下几点：
度计上读出温度。 附图 4-3 阿贝折光仪的构造及外形 1-读数望远镜；2-测量望远镜；3-消色散手柄；4-恒温水入口；5-温度计；6-测量棱镜；7-转轴； 8-铰链；9-辅助棱镜；10-加液槽；11-反射镜；12-底座；13-锁钮；14-刻度盘罩 3、阿贝折射仪使用方法 （1）仪器安装：将阿贝折射仪安放在明亮处，但应避免阳光的直接照射，以免液体试 样受热迅速蒸发。用橡皮管将超级恒温槽与阿贝折射仪串联起来，使超级恒温槽中的恒温水 通入棱镜夹套内，检查插入棱镜夹套中的温度计的读数是否符合要求（一般选用 20.0±0.1℃ 或 25.0±0.1℃）. (2) 加样：松开锁钮，开启辅助棱镜，使其磨砂的斜面处于水平位置，用滴管加入少量 丙酮清洗镜面，并用擦镜纸将镜面擦干净。待镜面洗净干燥后，滴加数滴试样于辅助棱镜的 毛镜面上，迅速闭合辅助棱镜，旋紧锁钮。若挥发性很大的样品，则可在合上辅助棱镜后再 由棱镜的加液槽滴入试样，然后闭合二棱镜，锁紧锁钮。 （3）对光：转动手柄 R，使刻度盘标尺上的示值最小，调节反射镜，使入射光进入棱 镜组。同时，从测量望远镜中观察，使视场最亮。调节目镜，使视场准丝最清晰。 （4）粗调：转动手柄 R，使刻度标尺上的示值逐渐增大，直至观察至视场中出现彩色 光带或黑白分界线为止。 （5）消色散：转动消色散手柄，使视场内呈现一清晰的明暗分界线。 （6）精调：再仔细转动手柄 R，使分界线正好处于 X 形准丝交点上。 （7）读数：从读数望远镜中读出刻度盘上的折射率数值。目前通常使用的阿贝折射仪 可读至小数点后的第四位。为了使读数准确，一般应将试样重复测量三次，每次相差不得大 于 0.0002，然后取平均值。 （8）测量完毕后，打开棱镜，并用擦镜纸擦净镜面。 4、阿贝折射仪使用注意事项 阿贝折射仪是一种精密的光学仪器，使用时应注意以下几点：
（1）阿贝折射仪最关键的地方是一对棱镜，使用时应注意保护棱镜，擦镜面时只能用擦镜面纸而不可用滤纸等。加试样时切勿将滴管口触及镜面。滴管口要烧光滑，以免不小心碰至镜面造成刻痕。对于酸，碱等腐蚀性液体不得使用阿贝折射仪。（2）试样不宜加得太多，一般只需滴入2-3滴即可铺满一薄层。（3）要保持仪器清洁，注意保护刻度盘。每次实验完毕。要用柔软的擦镜低擦净，于燥后放入箱中，镜上不准有灰尘。（4）读数时，有时在目镜中看不到半明半暗界线而是畸形的，这是由于棱镜间未曾充满液体；若出现弧形光环，则可能是有光线未经过棱镜而直接照射在聚光透镜上。（5）若液体折射率不在1.3-17范围内，则阿贝折射仪不能测定，也看不到明暗界线。（6）长期使用，刻度盘的标尺零点可能会移动，须加以校正。校正的方法是，用一已知折射率的标准液体，一般是用纯水，按上述方法进行测定，其标准值与测定值之差即为校正值。亦可使用专用调节器直接调节目镜前面凹槽中的调节螺丝。只要先将刻度盘读数与标准液体的折射率对准，再转动调节螺丝，直至临界线与X标准线的交叉点相交，仪器就校正完毕（水在15℃时的折射率为1.3339）。5、折射率测定的应用（1）一般液体的折射率可以很方便地测准到1X10*以上，并且测定方法简便，使用样品量很小。所以，通过折射率的测定可用来鉴定液体有机物米的纯度。（2）可用来测定二元体系的组成，对于双液附图4-4尼科尔棱镜示意图系的组成测定，一般可预先测定标准溶液的折射率，作出双液系组成和折射率的关系曲线，即标准工作曲线，未知组成体系的折射率测出后，就可以通过内插法在标准工作曲线上查得其组成。这种方法测得的结果有很好的重现性。（3）由于折射率与物质内部的电子运动状态有关，所以，可以通过折射率的测定来判断物质的某些结构特征。旋光仪OO1、旋光现象和比旋光度654373当一束单一的平面偏振光通过某些物质时，偏振光的振动方向会发生改变，此时光的振动会附图4-5旋光仪的外形及光学部件旋转一定的角度，这种现象称为物质的旋光现象。1-钠光灯：2-透镜：3-滤光片：4-起偏振器：物质的这种使偏振光的振动面旋转的性质叫做旋5-石英片：6-旋光管：7-检偏振器；8、9-望远镜透镜；10-刻度圆盘：11-传动轮光性。凡是具有旋光性的物质叫做旋光物质。由手旋光物质使偏振光振动面旋转时可以右旋（顺时针方向），也可左旋（逆时针方向），所以旋光物质又可分为右旋物质和左旋物质
（1）阿贝折射仪最关键的地方是一对棱镜，使用时应注意保护棱镜，擦镜面时只能用 擦镜面纸而不可用滤纸等。加试样时切勿将滴管口触及镜面。滴管口要烧光滑，以免不小心 碰至镜面造成刻痕。对于酸，碱等腐蚀性液体不得使用阿贝折射仪。 （2）试样不宜加得太多，一般只需滴入 2-3 滴即可铺满一薄层。 （3）要保持仪器清洁，注意保护刻度盘。每次实验完毕。要用柔软的擦镜低擦净，干 燥后放入箱中，镜上不准有灰尘。 （4）读数时，有时在目镜中看不到半明半暗界线而是畸形的，这是由于棱镜间未曾充 满液体；若出现弧形光环，则可能是有光线未经过棱镜而直接照射在聚光透镜上。 （5）若液体折射率不在 1.3-17 范围内，则阿贝折射仪不能测定，也看不到明暗界线。 （6）长期使用，刻度盘的标尺零点可能会移动，须加以校正。校正的方法是，用一已 知折射率的标准液体，一般是用纯水，按上述方法进行测定，其标准值与测定值之差即为校 正值。亦可使用专用调节器直接调节目镜前面凹槽中的调节螺丝。只要先将刻度盘读数与标 准液体的折射率对准，再转动调节螺丝，直至临界线与 X 标准线的交叉点相交，仪器就校 正完毕（水在 15℃时的折射率为 1.3339）。 5、折射率测定的应用 （1）一般液体的折射率可以很方便地测准到 1X10-4以上，并且测定方法简便，使用样品量很小。 所以，通过折射率的测定可用来鉴定液体有机物 的纯度。 附图 4-4 尼科尔棱镜示意图 附图 4-5 旋光仪的外形及光学部件 1-钠光灯；2-透镜；3-滤光片；4-起偏振器； 5-石英片；6-旋光管；7-检偏振器； 8、9-望远镜透镜；10-刻度圆盘；11-传动轮 （2）可用来测定二元体系的组成，对于双液 系的组成测定，一般可预先测定标准溶液的折射 率，作出双液系组成和折射率的关系曲线，即标 准工作曲线，未知组成体系的折射率测出后，就 可以通过内插法在标准工作曲线上查得其组成。 这种方法测得的结果有很好的重现性。 （3）由于折射率与物质内部的电子运动状态 有关，所以，可以通过折射率的测定来判断物质 的某些结构特征。 旋光仪 1、旋光现象和比旋光度 当一束单一的平面偏振光通过某些物质时， 偏振光的振动方向会发生改变，此时光的振动会 旋转一定的角度，这种现象称为物质的旋光现象。 物质的这种使偏振光的振动面旋转的性质叫做旋 光性。凡是具有旋光性的物质叫做旋光物质。由 于旋光物质使偏振光振动面旋转时可以右旋（顺 时针方向），也可左旋（逆时针方向），所以旋光 物质又可分为右旋物质和左旋物质
物质使偏振光振动面旋转的角度称为旋光度，常以α表示。旋光度是旋光物的一种物理性质，它的大小除了取决于被测分子的立体结构外，还受到测定溶液的浓度，偏振光通过溶液的厚度（样品的长度）以及温度、偏振光的波长等因素的影响。实验中把在钠光D线（5893A光源下，以偏振光通过浓度为每毫升含1克旋光物质，厚度为1分米溶液时所表现的旋光度称为比旋光度。用符号[α]p表示。比旋光度与实际测得的旋光度，样品溶液的浓度以及样品管长度之间存在如下关系；[alb=%1.c式中，比旋光度[α]的上标t为测定时溶液的温度，下标D表示光源为钠为D线，α为实际测得的旋光度，1为样品管长度（单位为dm），c为被测物质溶液的浓度（以每毫升溶液中含有样品的克数表示）比旋光度可以用来度量物质的旋光能力，为了区别右旋和左旋，常在左旋光度前加一负号。如煎糖的比旋光度为[a]=66.55°，葡萄糖的比旋光度为[a]=52.5°，它们都是右旋物质。而果糖的比旋光度[a120=-91.90°，表示果糖是左旋物质。2、旋光度测量的基本原理要测出物质的旋光度，首先必须具有一束平面偏振光。实验中的偏振光常用尼科尔棱镜来获得。尼科尔棱镜是将方解石适当剖成为两个直角棱镜，再用加拿大树胶沿剖面粘合而成的，如图4-4所示。梭棱镜的两锐角为69°和22°。当自然光以一定的入射角投射到棱镜时双折射产生的O光线在第一块直角棱镜与树胶交界面上全反射，为棱镜框子上的涂黑层全部吸收，e光线则透过树胶层和第二块镜而射出，从而在尼科尔棱镜的出射方向获得了一束单一的平面偏振光。这个尼科尔棱镜称为起偏镜，它被用来发生偏振光。由手天然方解石晶体的尺寸不可能很大，成本文很贵，所以自前多数应用人造偏振片。它是用对光线具有很强选择吸收性能的某些细微晶体（如硫化碘-金鸡钠霜或硫酸金鸡钠碱晶体等）涂在透明薄片上制成的。这种偏振片面积大，成本低而且很轻便。偏振光振动平面在空间轴向角度位置的测量也是借助手一块尼科尔棱镜，此处称为检偏镜，并与刻度盘等机械零件组成一可同轴转动的系统，由于尼科尔棱镜只允许按某一方向振动的平面偏振光通过，因此如果检偏镜光轴的轴向角度与入射的平面偏振光的轴向角度不一致，则透过检偏镜的偏振光将发生衰减或甚至不透过。由于刻度盘随检偏镜一起同轴转动，因此，就可直接从刻度盘上读出被测平面偏振光的轴向角度一旋光度。3、旋光仪的构造实验室所用旋光仪的外形及主要光学部件如附图4-5所示。它就是利用检偏镜来测定旋光度。如果调节检偏镜7，使其透过光的轴向角度与起偏镜4的透光轴向角度互相垂直，则在检偏镜前观察到的视场呈黑暗，再在起偏镜与检偏镜之间放入一个盛满旋光物质的样品管6，则
物质使偏振光振动面旋转的角度称为旋光度，常以α表示。旋光度是旋光物的一种物理 性质，它的大小除了取决于被测分子的立体结构外，还受到测定溶液的浓度，偏振光通过溶 液的厚度（样品的长度）以及温度、偏振光的波长等因素的影响。实验中把在钠光D线（5893Å） 光源下，以偏振光通过浓度为每毫升含 1 克旋光物质，厚度为 1 分米溶液时所表现的旋光度 称为比旋光度。用符号[α] t D表示。比旋光度与实际测得的旋光度，样品溶液的浓度以及样品 管长度之间存在如下关系； cl t D ⋅ = α α][ 式中，比旋光度[α]的上标 t 为测定时溶液的温度，下标 D 表示光源为钠为 D 线，α为实际 测得的旋光度，1 为样品管长度（单位为 dm），c 为被测物质溶液的浓度（以每毫升溶液中 含有样品的克数表示） 比旋光度可以用来度量物质的旋光能力，为了区别右旋和左旋，常在左旋光度前加一负 号。如蔗糖的比旋光度为 =66.55°，葡萄糖的比旋光度为 =52.5°，它们都是右旋物 质。而果糖的比旋光度 =-91.90°，表示果糖是左旋物质。 20 ][a D 20 ][a D 20 ][a D 2、旋光度测量的基本原理 要测出物质的旋光度，首先必须具有一束平面偏振光。实验中的偏振光常用尼科尔棱镜 来获得。尼科尔棱镜是将方解石适当剖成为两个直角棱镜，再用加拿大树胶沿剖面粘合而成 的，如图 4-4 所示。棱镜的两锐角为 69°和 22°。当自然光以一定的入射角投射到棱镜时， 双折射产生的 O 光线在第一块直角棱镜与树胶交界面上全反射，为棱镜框子上的涂黑层全 部吸收，e 光线则透过树胶层和第二块镜而射出，从而在尼科尔棱镜的出射方向获得了一束 单一的平面偏振光。这个尼科尔棱镜称为起偏镜，它被用来发生偏振光。 由于天然方解石晶体的尺寸不可能很大，成本又很贵，所以目前多数应用人造偏振片。 它是用对光线具有很强选择吸收性能的某些细微晶体（如硫化碘-金鸡钠霜或硫酸金鸡钠碱 晶体等）涂在透明薄片上制成的。这种偏振片面积大，成本低而且很轻便。 偏振光振动平面在空间轴向角度位置的测量也是借助于一块尼科尔棱镜，此处称为检偏 镜，并与刻度盘等机械零件组成一可同轴转动的系统，由于尼科尔棱镜只允许按某一方向振 动的平面偏振光通过，因此如果检偏镜光轴的轴向角度与入射的平面偏振光的轴向角度不一 致，则透过检偏镜的偏振光将发生衰减或甚至不透过。由于刻度盘随检偏镜一起同轴转动， 因此，就可直接从刻度盘上读出被测平面偏振光的轴向角度一旋光度。 3、旋光仪的构造 实验室所用旋光仪的外形及主要光学部件如附图 4-5 所示。它就是利用检偏镜来测定旋 光度。如果调节检偏镜 7，使其透过光的轴向角度与起偏镜 4 的透光轴向角度互相垂直，则 在检偏镜前观察到的视场呈黑暗，再在起偏镜与检偏镜之间放入一个盛满旋光物质的样品管 6，则
(a)(b)(d)(c )附图4-6旋光仪三分视场图由于物质的旋光作用，使原来由起偏镜出来的偏振光转过一个角度α，所以视野不呈黑暗，必须将检偏镜也相应地转过一个α角度，这样视野才能又恢复黑暗。因此，检偏镜由第一次黑暗到第二次黑暗的角度差，即为被测物质的旋光度。由于肉眼对视场明暗程度的判断不甚灵敏，所以在旋光仪中设计了一种三分视场（也有的采用二分视场）的装置，这是在起偏片后中部装一狭长的石英片如附图4-5中5，其宽度约为视野的1/3，由于石英片具有旋光性，所以从石英片中通过的那部分偏振光被旋转了一个角度β，如附图4-6（a）。因为ZAOB为90°，ZCOB不等于90°所以在望远镜中透过石英片的部分稍亮，两旁是黑暗的，即出现三分视场。当检偏镜旋转β角而使ZCOB=90°，则由于AOB+90°而在望远镜后看到的视场为另一种情况，如附图4-6(b)。此时，石英片部分全暗而两旁又稍亮。只有当检偏镜旋1转到ZPOB=90°位置，此时/AOP=ZCOP：一专9，视场中三个区内明暗程度相等，三分视场消失，如附图4-6（c）。在旋光仪中将三分视场消失时的位置作为零刻度。当样品管中加入旋光物质后，OA、OC都偏转一定的角度α，那么只有使检偏镜也旋转α角度，方能使三分视场再次消失，这个α角就是被测物质的旋光度，它可以从刻度上读出来。由于人们在视场中进行比较时可以判断得很清楚，所以，通过这种方法可以精确测量旋光度。必须注意的是，当检偏镜转动到与OP夹角180°的位置时，在望远镜后又可观察到三分视场消失的现象，如附图4-6(d），此时整个视场很明亮，不利于三分视场的精确判断。因此，不能以此角度作为标准来测量旋光度。旋光仪以钠光灯为光源，所测旋光度表示物质在钠光D线波长下的旋光能力。4、旋光仪的使用方法（1）调节望远镜焦距：打开钠光灯，稍等几分钟，待钠光灯稳定后，在目镜中观察并调节望远镜焦距至视场清晰。（2）仪器零点校正：洗净旋光管，装入蒸馏水，将螺丝帽盖和橡皮垫圈拧紧，检查旋光管光路中有无气泡（若管中有小气泡时，可将此小气泡调至旋光管空出部分）。将此旋光管放入旋光仪中，调节检偏镜使三分视场消失，读出刻度盘上的刻度并将此角度作为零点
附图 4-6 旋光仪三分视场图 由于物质的旋光作用，使原来由起偏镜出来的偏振光转过一个角度α，所以视野不呈黑暗， 必须将`检偏镜也相应地转过一个α角度，这样视野才能又恢复黑暗。因此，检偏镜由第一次 黑暗到第二次黑暗的角度差，即为被测物质的旋光度。 由于肉眼对视场明暗程度的判 断不甚灵敏，所以在旋光仪中设计了一种三分视场（也有的采用二分视场）的装置，这是在 起偏片后中部装一狭长的石英片如附图 4-5 中 5，其宽度约为视野的 1/3，由于石英片具有 旋光性，所以从石英片中通过的那部分偏振光被旋转了一个角度ϕ，如附图 4-6（a）。因为 ∠AOB 为 90°，∠COB 不等于 90°所以在望远镜中透过石英片的部分稍亮，两旁是黑暗的， 即出现三分视场。当检偏镜旋转ϕ角而使∠COB=90°，则由于 AOB≠90°而在望远镜后看到的 视场为另一种情况，如附图 4-6(b)。此时，石英片部分全暗而两旁又稍亮。只有当检偏镜旋 转到∠POB=90°位置，此时 ϕ 2 1 AOP COP =∠=∠ ，视场中三个区内明暗程度相等，三分 视场消失，如附图 4-6（c）。在旋光仪中将三分视场消失时的位置作为零刻度。当样品管中 加入旋光物质后，OA、OC 都偏转一定的角度α，那么只有使检偏镜也旋转α角度，方能使 三分视场再次消失，这个α角就是被测物质的旋光度，它可以从刻度上读出来。由于人们在 视场中进行比较时可以判断得很清楚，所以，通过这种方法可以精确测量旋光度。必须注意 的是，当检偏镜转动到与 OP 夹角 180°的位置时，在望远镜后又可观察到三分视场消失的现 象，如附图 4-6(d) ，此时整个视场很明亮，不利于三分视场的精确判断。因此，不能以此 角度作为标准来测量旋光度。 旋光仪以钠光灯为光源，所测旋光度表示物质在钠光 D 线波长下的旋光能力。 4、旋光仪的使用方法 （1）调节望远镜焦距：打开钠光灯，稍等几分钟，待钠光灯稳定后，在目镜中观察并 调节望远镜焦距至视场清晰。 （2）仪器零点校正：洗净旋光管，装入蒸馏水，将螺丝帽盖和橡皮垫圈拧紧，检查旋 光管光路中有无气泡（若管中有小气泡时，可将此小气泡调至旋光管空出部分）。将此旋光 管放入旋光仪中，调节检偏镜使三分视场消失，读出刻度盘上的刻度并将此角度作为零点
（3）旋光度测定：倒出旋光管中的蒸馏水，用待测样品溶液洗几次，按上法装满待测溶液，放入旋光仪槽中，转动检查传动旋钮，调节至三分视场消失，读出刻度盘上的读数此读数与零点读数之差即为该样品的旋光度。5、旋光仪使用注意事项（1）仪器通电10分钟预热方可进行测定旋光度，但钠光灯使用时间不宜过长。（2）使用时，仪器金属部分切总沾污酸碱，以防止腐蚀。（3）在观察管中装好溶液后，管的周围及两端玻璃片均应保持洁净，观察后要用水洗净晾干。（4）不要随便折卸仪器，以免影响精确度。（5）旋光仪是比较精密的光学仪器，使用时必须特别注意保护光学镜片，镜片不能与硬物接触。（6）实验完毕用镜头纸擦净镜头，用清洁软布擦净仪器，然后盖好防尘罩。6、旋光度测定的应用（1）旋光度是旋光物质的一种重要物理性质，通过对某些分子的旋光性研究，可以测定有机物的结构，这是判断有机物分子立体构型的重要依据。（2）在一定条件下，旋光度是浓度的函数，因此，旋光仪常用来测定旋光物质的浓度。如制糖工业中常用以测定糖溶液中的含糖量。基础化学实验（一）中可通过旋光度的变化来描述反应体系中旋光物质浓度的变化，并依此测定其反应速度等。分光光度计1、基本原理在实验室里，把一束复合光通过分光系统，使光分成一系列波长的单色光，在使用中可任意选取某一波长的光，然后根据被测物质对某一波长光的吸收强弱，进行物质的测定，这种方法叫做分光光度法，分光光度法所使用的仪器称为分光光度计。分光光度计的原理是基于物质在光的激发下，物质中的分子和原子所含的能量以多种方式与光互相作用而产生对光吸收的效应。结构不同的物质具有不同的吸收光谱，因而就可以对不同物质进行鉴定分析，这就是光度法对物质定性分析的基础。根据朗伯-比耳定律：当入射光波长、溶质、溶剂以及溶液的温度一定时，溶液的吸光度与液层厚度和溶液的浓度成正比，若液层的厚度也一定，则溶液的吸光度只与溶液的浓度成正比TA=-lgT =lg= 8ClIo1式中，C为溶液浓度，通常采用的单位是mol·dm；A为某一单色光波长下的吸光度或消光度：Io为入射光强度；I为透射光强度，T为透光率，T=I/lo：ε为摩尔吸光系数（或摩尔消光系数）；1为溶液层厚度。在被测物质的厚度（I）一定时，吸光度与被测物质的浓度成正比，这就是光度法定量分析的基本依据。（1）分光光度计的基本原理简介
（3）旋光度测定：倒出旋光管中的蒸馏水，用待测样品溶液洗几次，按上法装满待测 溶液，放入旋光仪槽中，转动检查传动旋钮，调节至三分视场消失，读出刻度盘上的读数， 此读数与零点读数之差即为该样品的旋光度。 5、旋光仪使用注意事项 （1）仪器通电 10 分钟预热方可进行测定旋光度，但钠光灯使用时间不宜过长。 （2）使用时，仪器金属部分切忌沾污酸碱，以防止腐蚀。 （3）在观察管中装好溶液后，管的周围及两端玻璃片均应保持洁净，观察后要用水洗 净晾干。 （4）不要随便折卸仪器，以免影响精确度。 （5）旋光仪是比较精密的光学仪器，使用时必须特别注意保护光学镜片，镜片不能与 硬物接触。 （6）实验完毕用镜头纸擦净镜头，用清洁软布擦净仪器，然后盖好防尘罩。 6、旋光度测定的应用 （1）旋光度是旋光物质的一种重要物理性质，通过对某些分子的旋光性研究，可以测 定有机物的结构，这是判断有机物分子立体构型的重要依据。 （2）在一定条件下，旋光度是浓度的函数，因此，旋光仪常用来测定旋光物质的浓度。 如制糖工业中常用以测定糖溶液中的含糖量。基础化学实验（一）中可通过旋光度的变化来 描述 反应体系中旋光物质浓度的变化，并依此测定其反应速度等。 分光光度计 1、基本原理 在实验室里，把一束复合光通过分光系统，使光分成一系列波长的单色光，在使用中可 任意选取某一波长的光，然后根据被测物质对某一波长光的吸收强弱，进行物质的测定，这 种方法叫做分光光度法，分光光度法所使用的仪器称为分光光度计。 分光光度计的原理是基于物质在光的激发下，物质中的分子和原子所含的能量以多种方 式与光互相作用而产生对光吸收的效应。结构不同的物质具有不同的吸收光谱，因而就可以 对不同物质进行鉴定分析，这就是光度法对物质定性分析的基础。 根据朗伯-比耳定律：当入射光波长、溶质、溶剂以及溶液的温度一定时，溶液的吸光 度与液层厚度和溶液的浓度成正比，若液层的厚度也一定，则溶液的吸光度只与溶液的浓度 成正比 Cl T TA I I T = ==−= ε 1 lglg 0 式中，C为溶液浓度，通常采用的单位是mol·dm-3 ；A为某一单色光波长下的吸光度或 消光度；I0为入射光强度；I为透射光强度，T为透光率，T=I/I0；ε为摩尔吸光系数（或摩尔 消光系数）；l为溶液层厚度。 在被测物质的厚度（l）一定时，吸光度与被测物质的浓度成正比，这就是光度法定量 分析的基本依据。 （1）分光光度计的基本原理简介
各种型号的分光光度计基本上都是由五个部分组成的：①光源（钨灯、卤钨灯、氢弧灯、氛灯、汞灯、氙灯、激光光源）：②单色器（滤光片、棱镜、光栅、全息栅）：③样品吸收池；④检测系统（光电池、光电管、光电倍增管）：③信号指示系统（检流计、微安表、数字电压表、X-Y记录仪、示波器、微处理显象管）。光源单色器→样品吸收池一检测系统一信号指示系统其中单色器是分光光度计的心脏。单色器是将来自光源的混合光分解为单色光，并能提供所需波长的装置。单色器是由入口、出口狭缝，色散元件和准直镜等组成，其中色散元件是关键性元件，主要有棱镜和光栅两类。（2）棱镜单色器光通过一个顶角为0的棱镜时，如附图4-7所示，从AC方向射向棱镜，在C点发生折射。光经折射后在棱镜中沿CD方向到达棱镜的另一个界面上，在D点又一次发生折射。最后光在空气中以DB方向进行，这样，光线经过棱镜后，其传播方向从AA改变为BB，这两个方向之间的夹角8称为偏向角。偏向角和棱镜的顶角e，棱镜的折射率n以及入射角有关。若一束平行的入射光由入1、22、入，三色光组成，且入，8>83，这就是棱镜的分光作用，又叫光的色散。棱镜分光器就是依此设计的。BN附图4-8不同波长的光在棱镜中的色散附图4-7棱镜的折射出射驶续入射验色改元作Id准立选镜聚焦滤饺连附图4-9棱镜单色器示意图棱镜是分光的主要元件之一，一般是三角柱体。由于组成棱镜的光学材料不同，透光范围也不同（表4-1）。比如，用玻璃棱镜可得到可见光谱，用石英棱镜可得到可见及紫外光谱，用溴化钾（或氯化钠）棱镜可得到红外光谱等等
各种型号的分光光度计基本上都是由五个部分组成的：①光源（钨灯、卤钨灯、氢弧灯、 氘灯、汞灯、氙灯、激光光源）；②单色器（滤光片、棱镜、光栅、全息栅）；③样品吸收池； ④检测系统（光电池、光电管、光电倍增管）；⑤信号指示系统（检流计、微安表、数字电 压表、X-Y 记录仪、示波器、微处理显象管）。 光源→单色器→样品吸收池→检测系统→信号指示系统 其中单色器是分光光度计的心脏。单色器是将来自光源的混合光分解为单色光，并能提 供所需波长的装置。单色器是由入口、出口狭缝，色散元件和准直镜等组成，其中色散元件 是关键性元件，主要有棱镜和光栅两类。 （2）棱镜单色器 光通过一个顶角为θ的棱镜时，如附图 4-7 所示，从AC方向射向棱镜，在C点发生折射。 光经折射后在棱镜中沿CD方向到达棱镜的另一个界面上，在D点又一次发生折射。最后光 在空气中以DB方向进行，这样，光线经过棱镜后，其传播方向从AA'改变为BB'，这两个方 向之间的夹角δ称为偏向角。偏向角和棱镜的顶角θ，棱镜的折射率n以及入射角j有关。若一 束平行的入射光由λ1、λ2、λ3三色光组成，且λ1δ2>δ3，这就是棱 镜的分光作用，又叫光的色散。棱镜分光器就是依此设计的。 附图 4-8 不同波长的光在棱镜中的色散 附图 4-7 棱镜的折射 附图 4-9 棱镜单色器示意图 棱镜是分光的主要元件之一，一般是三角柱体。由于组成棱镜的光学材料不同，透光范 围也不同（表 4-1）。比如，用玻璃棱镜可得到可见光谱，用石英棱镜可得到可见及紫外光 谱，用溴化钾（或氯化钠）棱镜可得到红外光谱等等
(3）光栅单色器单色器也可以用光栅作为色散元件，附图4-10是平面反射光栅截面的高倍放大示意图。反射光栅是由磨平的金属表面上刻划许多平等的、等距离的槽构成。辐射由每一刻槽反射反射光之间的于涉造成色散，根据光栅公式在某些方向上存在相长于涉：b(sinitsinr)=m)光酬法线牛级30004！入时光200020030004000闪圾售入财值50004衍射光10002333AG0005000700001500A-18000第666A6000k！2500AT0008000第三饺附图4-10反射光栅不同级光谱的重叠附图4-11光栅截面高倍放大示意图这里b为相邻二刻槽之间的距离，i为入射角，r为衍射角，m为级数。增加每毫米距离内的刻槽数，就将使指定级次指定波长的衍射角增大，也就是把光谱分得更开些，当入射光和衍射光在光栅法线的同一侧时，上式的括号内用正号，不在同一侧时用负号。表4-1几种光学材料的透光范围材料透光范围材料透光范围玻璃2.5um以下氯化银25um以下石英3.0μm以下溴化钾28μm以下氟化锂6μm以下溴化38μm以下氟化钙碘化铊9um以下40um以下氟化钠碘化艳1.55um以下50um以下氟化钾21um以下上式表明在指定的衍射角r存在不同的入值，例如在r处得到800纳米的一级谱线（m=1）则二级（400纳米）和三级（267纳米）谱线也能在这一角度出现，造成了不同级次光谱的重迭，如附图4-11。通常一级光谱是最强的。改变刻槽的几何形状，可以将入射光能量的90%集中在这一级上，高衍射级次的谱线可以用适当的滤光器除去。附图4-12是一个Ebert配置方式的光栅单色器。一个球形凹面镜用来准直从入射狭缝来的辐射，同时将衍射辐射聚焦在出射狭缝上，转动光栅可以使所需的波长从单色器射出。2、几种类型的分光光度计简介
(3) 光栅单色器 单色器也可以用光栅作为色散元件，附图 4-10 是平面反射光栅截面的高倍放大示意图。 反射光栅是由磨平的金属表面上刻划许多平等的、等距离的槽构成。辐射由每一刻槽反射， 反射光之间的干涉造成色散，根据光栅公式在某些方向上存在相长干涉： b(sini±sinr)=mλ 附图 4-10 反射光栅不同级光谱的重叠 附图 4-11 光栅截面高倍放大示意图 这里 b 为相邻二刻槽之间的距离，i 为入射角，r 为衍射角，m 为级数。增加每毫米距 离内的刻槽数，就将使指定级次指定波长的衍射角增大，也就是把光谱分得更开些，当入射 光和衍射光在光栅法线的同一侧时，上式的括号内用正号，不在同一侧时用负号。 表 4-1 几种光学材料的透光范围 材料 透光范围 材料 透光范围 玻璃 2.5μm 以下 氯化银 25μm 以下 石英 3.0μm 以下 溴化钾 28μm 以下 氟化锂 6μm 以下 溴化铯 38μm 以下 氟化钙 9μm 以下 碘化铊 40μm 以下 氟化钠 1.55μm 以下 碘化铯 50μm 以下 氟化钾 21μm 以下 上式表明在指定的衍射角r存在不同的λ值，例如在r处得到800纳米的一级谱线（m=1）， 则二级（400 纳米）和三级（267 纳米）谱线也能在这一角度出现，造成了不同级次光谱的 重迭，如附图 4-11。通常一级光谱是最强的。改变刻槽的几何形状，可以将入射光能量的 90%集中在这一级上，高衍射级次的谱线可以用适当的滤光器除去。 附图 4-12 是一个 Ebert 配置方式的光栅单色器。一个球形凹面镜用来准直从入射狭缝来 的辐射，同时将衍射辐射聚焦在出射狭缝上，转动光栅可以使所需的波长从单色器射出。 2、几种类型的分光光度计简介
（1）72型分光光度计①仪器构造72型分光光度计适用于可见光区的吸收光谱的测量，波长范围为420-700nm，其光学系统示意图见附图4-13。光度计由钨丝灯泡1作光通过进光狭缝2由入射换续反射镜3反射，通过透镜4成平行光，进入棱镜5，皮射镜经棱镜色散成各种波长的单色光，由可转动的镀1铝反光镜6反射，其中一束光通过透镜7聚光于出光狭缝8，转动镀铝反光镜即可得到所需要波光锅长的单色光。此单色光经比色皿9与光量调节器反射快10达到光电池11，产生的光电流由微电计12读出射快缝数，即表示光的强弱，从而可以测得溶液中吸光附图4-12一个简单的光栅单色器物质的光密度。本仪器由单色光器微电计和稳压器三部分组成，另一盒不同尺寸的比色皿。仪器各部分之间的连接是用低压连接线。由单色光器接至稳压器的输出接线柱上，微电计连接线的一端，按导电片上套管的颜色接于单色光日器接线柱上；红色套管导电片接“+”，绿色套管导电片接“”，黄色套管导电片接“地”，另一端接到微电计上；红线接“+”，绿线接“”。②使用方法附图4-1372型分光光度计光学系统示意图1）把光路闸门拨到“黑”光位置，打开微电1-钨丝灯泡：2-进光狭缝：3、5-反光镜：计电源开关，用零位调节器把光点准确调到透光4、7-透镜：5-玻璃棱镜：8-出光狭缝；率标尺“0”位上。9-吸收池：10-光量调节器：2）打开稳压器电源开关和单色光器源开关。11-硒光电池：光路闸门拨到“红点上”，再接顺时针方向调节光量调节器，使微电计光点达到标尺右边上限附近，约10分钟，待硒光电池趋于稳定后再使用仪器。3）将光路闸门重新拨至“黑”点，校正微电计“0”位，再打开光路闸门。4）在四只比色皿中，一只装有空白溶液或蒸馏水，其余三只装未知溶液。先使空白溶液正对于光路上，用波长调节器调节所需波长，旋动光量调节器把光点调到透光率“100”的读数上。5）然后将比色皿拉杆接出一格，使第二个比色皿的未知溶液进入光格，此时微电计标尺上的读数即为溶液中溶质的光密度或透光率。然后测定另两个未知液。为了选择合适的波长，也可使待测溶液于光路中，逐渐转动波长调节器，所得与光密度最大值相对应的波长即为最佳波长。③注意事项：
（1）72 型分光光度计 ①仪器构造 72 型分光光度计适用于可见光区的吸收光谱的测量，波长范围为 420-700nm，其光学 系统示意图见附图 4-13。 光度计由钨丝灯泡 1 作光通过进光狭缝 2 由 反射镜 3 反射，通过透镜 4 成平行光，进入棱镜 5， 经棱镜色散成各种波长的单色光，由可转动的镀 铝反光镜 6 反射，其中一束光通过透镜 7 聚光于 出光狭缝 8，转动镀铝反光镜即可得到所 需要波 长的单色光。此单色光经比色皿 9 与光量调节器 10 达到光电池 11，产生的光电流由微电计 12 读 数，即表示光的强弱，从而可以测得溶液中吸光 物质的光密度。 本仪器由单色光器微电计和稳压器三部分组 成，另一盒不同尺寸的比色皿。 仪器各部分之间的连接是用低压连接线。由 单色光器接至稳压器的输出接线柱上，微电计连 接线的一端，按导电片上套管的颜色接于单色光 器接线柱上；红色套管导电片接“+”，绿色套管 导电片接“-”，黄色套管导电片接“地”，另一端 接到微电计上；红线接“+”，绿线接“-”。 ② 使用方法 1）把光路闸门拨到“黑”光位置，打开微电 计电源开关，用零位调节器把光点准确调到透光 率标尺“0”位上。 2）打开稳压器电源开关和单色光器源开关。 光路闸门拨到“红点上”，再接顺时针方向调节光 量调节器，使微电计光点达到标尺右边上限附近，约 10 分钟，待硒光电池趋于稳定后再使 用仪器。 附图 4-12 一个简单的光栅单色器 附图 4-13 72 型分光光度计光学 系统示意图 1-钨丝灯泡；2-进光狭缝；3、5-反光镜； 4、7-透镜；5-玻璃棱镜；8-出光狭缝； 9-吸收池；10-光量调节器； 11-硒光电池； 3）将光路闸门重新拨至“黑”点，校正微电计“0”位，再打开光路闸门。 4）在四只比色皿中，一只装有空白溶液或蒸馏水，其余三只装未知溶液。先使空白溶 液正对于光路上，用波长调节器调节所需波长，旋动光量调节器把光点调到透光率“100” 的读数上。 5）然后将比色皿拉杆接出一格，使第二个比色皿的未知溶液进入光格，此时微电计标 尺上的读数即为溶液中溶质的光密度或透光率。然后测定另两个未知液。 为了选择合适的波长，也可使待测溶液于光路中，逐渐转动波长调节器，所得与光密度 最大值相对应的波长即为最佳波长。 ③注意事项：