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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、蛋白质、脂类和碳水化合物等，因其分子具有手性，都具有旋光性。旋光性是指能使偏振光（只在一个平面上振动的光）的振动平面旋转的性质，又称为光学活性。具有旋光性或光学活性的物质，称为旋光性物质，其中使偏振光顺时针旋转的物质称右旋体，用（+）表示；使偏振光反时针旋转的物质称左旋体，用（-）表示；偏振光通过旋光性物质后，振动方向旋转的角度称旋光度，用α表示。旋光度的大小除与物质的本性有关外，还随待测液的浓度（c）、样品管的长度（L）、测定时的温度（t）、所用光的波长（λ）以及溶剂的性质而改变。因此，表示旋光度时应注明温度、波长及所用溶剂等条件。为比较各种物质的旋光性能，规定：每毫升含1克旋光性物质的溶液，放在1dm长的样品管中，所测得的旋光度称为比旋光度，用
表示。比旋光度与旋光度的关系为：
式中：α为旋光仪所测旋光度；
c为被测物的浓度（g/mL），如被测物本身为液体，此处c应改为密度d；
L为样品管长度（dm）；
t为测定时的温度；
D为波长589.3nm的钠光。
比旋光度是旋光性物质的特性常数之一，手册、文献上多有记载，因此，比旋光度的测定具有以下意义：
（1）测定已知物溶液的旋光度，再据其比旋光度，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，再计算出比旋光度，与文献值对照，作为鉴定未知物的依据。
测定旋光度的仪器叫旋光仪，其光学系统如图2-9所示：
图2-9 旋光仪的光学系统图
常用的旋光仪主要由光源、起偏镜、样品管（也叫旋光管）和检偏镜几部分组成。起偏镜是由尼科尔棱镜构成，固定在仪器的前端，用来产生偏振光。检偏镜也是由尼科尔棱镜构成，由偏振片固定在两片保护玻璃之间，并随刻度盘同轴转动，用来测量偏振面的转动角度。旋光仪就是利用检偏镜来测定旋光度的。如调节检偏镜使其透光的轴向角度与起偏镜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的样品管，则由于物质的旋光作用，使原来由起偏镜出来的偏振光转过了一个角度，这样视物不呈黑暗，必须将检偏镜也相应地转过一个角度，视野才能重又恢复黑暗。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。
为了准确判断旋光度的大小，测定时通常在视野中分出三分视场（见图2-10）。当检偏镜的偏振面与通过棱镜的光的偏振面平行时，通过目镜可观察到如图2-10（b）所示的视场（当中明亮，两旁较暗）；若检偏镜的偏振面与起偏镜偏振面平行时，可观察到如图2-10（a）所示的视场（当中较暗，两旁明亮）；只有当检偏镜的偏振面处于
（半暗角）的角度时，视场内明暗相等，如图2-10（c）所示，这一位置作为零度，使游标尺上0°对准刻度盘0°。测定时，调节视场内明暗相等，以使观察结果准确。一般在测定时选取较小的半暗角，由于人的眼睛对弱照度的变化比较敏感，视野的照度随半暗角的减小而变弱，所以在测定中通常选几度到十几度的结果。
图2-10 旋光仪三分视野图
（1）仪器预热和零点的校正：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。
上述校正零点的过程中，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。
（2）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）样品旋光度的测定：将充满待测样品溶液的样品管放入旋光仪内，旋转粗调和微调旋钮，使达到半暗位置，按游标尺原理记下读数，重复五次，取平均值，即为旋光度的观测值，由观测值减去零点值，即为该样品真正的旋光度。例如，仪器的零点值为-0.05°，样品旋光度的观测值为+9.85°，则样品真正的旋光度为：
α=+9.85°-（-0.05°）=+9.90°
WXG-4型圆盘旋光仪由上海物理光学仪器厂制造。该仪器将光源（20瓦钠光灯，波长λ=589.3nm）与光学系统安装在同一台基座上，光学系统以倾斜20°安装，操作十分方便。该仪器光学系统结构如图2-11所示。光线从光源投射到聚光镜、滤色镜、起偏镜后，变成平面直线偏振光，再经半波片后，视野中出现了三分视场。旋光性物质盛入样品管放入镜筒测定，由于溶液具有旋光性，故把平面偏振光旋转了一个角度，通过检偏镜起分析作用，从目镜中观察，就能看到中间亮（或暗）左右暗（或亮）的照度不等的三分视场[如图2-10（a）或（b）]，转动度盘手轮，带动度盘及检偏镜（度盘和检偏镜固定在一起，能借手轮作粗、细转动），至看到三分视场照度（暗视场）完全一致[见图2-10（c）]时为止。然后从放大镜中读出度盘旋转的角度（见图2-12）。
图2-11 WXG-4型圆盘旋光仪光学系统图
图2-12 WXG-4型圆盘旋光仪的双游标读数
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1°，游标卡尺分20格，等于度盘19格，用游标直接读数到0.05°。如图2-12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=+（9.00°+0.05°×6）=+9.30°。仪器游标窗前方装有两块4倍的放大镜，供读数时用。
①样品管螺帽与玻盖之间都附有橡皮垫圈，装卸时要注意，切勿丢失。螺帽以旋到溶液流不出来为度，不宜旋得太紧，以免玻盖产生张力，使管内产生空隙，影响测定结果。
②旋光仪的整体结构随厂家不同而有差异，但基本结构和工作原理都是相同的。这里仅介绍国产WXG-4型圆盘旋光仪。
③各种牌号仪器的游标尺的构造和读数原理都是一样的，但是游标刻度有差异，读数时应注意游标上最小刻度代表的度数值。游标总长度相当于主尺上最小间隔，以此推算出游标最小间隔代表的度数。
（柳 波）