双光路法测量手性物质的旋光角

　　1　引　言

　　旋光性是一些晶体、药物等物质的基本特性,通过对手性物质的旋光角的测定可以反映物质的本质特性,所以旋光角的测定是光学物理中常用的设备仪器,它在物质结构研究、化学物质鉴定等方面有着广泛的应用。从学生的教学与研究角度出发,实验室常采用He-Ne激光光源搭建单光路的方法测试手性物质的旋光角,该方法由于受到多种条件的限制使测试不能达到较高的精度,其中光源的优劣对测试精度影响较为严重。由于采用单光源检测存在着光源自身波动影响和环境光源的影响,特别是在较小的旋转角测试或被测实验体在一段时间内多次重复测试时,常用He-Ne激光光源的波动无法保证测量精度的要求,有时甚至根本无法测量。

　　实验作为对旋光材料的旋光测试教学和研究的探讨,提出了一种双光路法测量手性物质的旋光角。采用单光源双光路的方法,利用实验室现有常用的设备组合增加一个简单的比例器对实验室测试装置进行了改进,达到了对旋光角有效的测量。设备的测量和调节更方便、准确和快捷。

　　2　测量原理

　　众所周知具有旋光性的手性物质,在物理状态不变的情况下它的旋光角有一个恒值α,符合马吕斯定律[1]:

式(1)中,I0为光源未通过被测物体的光强,I为光源通过被测物体后的光强。

　　实验根据马吕斯定律这一原理,采用He-Ne激光源,用光半透半反镜及全反镜使光路均分二路成为等同的双路光源,可以在同一时间内获得光强I0和I输入到比例器,这样输入的光强变化和跳动不但不会引起输出的变化,而且从比例器输出直接得到了cos2α的值。有效地避开了在测量过程中由于光源的波动和其他干扰光源所带来的对测试精度的影响。

　　为避免不同的光电传感器给测试系统带来测量误差,系统利用锁相放大器的相关测量特性,采用了单一光电传感器,减少了误差的来源,提高了测量的精度。只要斩波片调制频率没有相近的谐波频率关系,就不会影响对信号的采样[2]。

　　为保证数据的精度系统采用24位A/D转换器转换数据,再送入单片机进行数据处理,数据处理采用在周期内多次采样,用竞赛评分法处理采集的数据。再用查表法找到显示的旋光角。

　　3　测量装置

　　测量装置分光路和电路二部分。

　　3.1　光路部分

　　光路装置部分如图1,光源可采用实验室常用氦氖激光器(如HJ-1B型),通过起偏器产生较为理想的线偏振光。通过半透半反镜及全反镜使光路均分二路,一路通过斩波片A、被测物体和检偏器到达光电传感器获得测试信号I。另一路通过斩波片B和光强调节器直接到达光电传感器获得参考信号I0。检偏器和起偏器的偏振化方向平行。为了识别和分离测试信号I和参考信号I0,斩波片Ⅰ和斩波片Ⅱ必须要有不同的频率调制,调制频率fⅠ与fⅡ不能有相近谐波频率关系。整个光路部分除激光器以外其它部件都置于暗箱中,以便防止不必要的干扰。