光学测量技术
光与物质相互作用可以产生各种光学现象,如光的反射、折射、吸收、散射、偏振以及物质的受激辐射等。通过研究这些光学现象,可以提供原子、分子、以及晶体结构等方面的大量信息。例如利用折射率的测量可以检验物质纯度;利用吸光度的测量确定组成;利用旋光度的测量鉴别手性分子以及利用X射线衍射确定晶体结构等,因此光学测量技术具有广泛的应用。在任何光学测量系统中,均包括光源、滤光器、盛样品器和检测器这些部件,对于不同的光学测量,其部件及组合方式不尽相同,下而仅简要介绍物理化学实验中一些常见的光学测量技术及相关仪器。
一、折射率的测定
折射率是物质的重要参数之一,它是物质内部电子运动状态的反映。纯物质的折射率与物质的本性、测试温度、光源的波长等因素有关,对于混合物或溶液,还与组分的组成有关,因此通过折射率的测定,不仅可以定性地检验物质的纯度,还可以定量分析混合物的组成。此外,物质的摩尔折射率、密度、极性分子的偶极矩等也都与折射率密切相关。
阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器,该测量方法的主要特点是:无需特殊光源,普通日光即可;棱镜有恒温夹套,可进行恒温测量;试样用量少,测量精确高;测量快速,操作简单。
1、基本原理
2、阿贝折射仪
(1)仪器结构和光路行程
(2)使用方法
(3)使用注意事项
(4)仪器校正
二、旋光度的测量
某些物质在平面偏振光通过它们时能将偏振光的振动面旋转某一角度,物质的这种性质称为旋光性,转过的角度称为旋光度。具有旋光性的物质有石英晶体、酒石酸晶体、蔗糖的溶液等。使偏振光的振动面向左旋转的物质称为左旋物质,向右旋转的物质称为右旋物质,因此通过测量物质的旋光度,可以定性鉴定物质,是研究各向异性晶体和手性分子结构的重要手段。物质的旋光度与物质的性质、测试温度、光经过物质的厚度、光源的波长等因素有关,若被测物质是溶液,当光源波长、温度、厚度恒定时,其旋光度与溶液的浓度成正比,因此通过旋光度的测量还可以定量分析旋光性物质的浓度。
1、平面偏振光的产生
2、平面偏振光的检测
3、旋光仪与旋光度的测量
4、旋光仪的使用方法
三、分光光度法测量溶液的浓度
物质的分子具有一系列量子化的能级,当物质受到光的照射后,如果光子的能量 恰好等于分子激发到高能级上所需的能量时,此波长的光则被分子吸收。分光光度法就是利用物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。根据光波长范围的不同,所使用的仪器不尽相同。这里仅介绍可见光(400~750nm)分光光度法。
1、分光光度法的基本原理
2.分光光度计
分光光度计是在一定光区进行定量比色分析的仪器。目前国产的分光光度计种类较多,常见的型号有72型、721型、722型、723型、752型、740型等,按单色器类型分为棱镜型和光栅型两种;按单色器数目分为单光束和双光束两种。这里以752型紫外分光光度计为例,说明其工作原理。
(1)基本结构
(2)光路系统
(3)使用方法
(4)使用注意事项
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