手动仪器物理化学论文

1实验原理

旋光性是有机手性分子特有的物理性质，即一组对映异构体对一束偏振光的偏振方向不同，一种使偏振光左旋，则另一种使偏振光右旋。在一定温度和光程下，偏振的角度由物质的比旋光度和浓度决定。在酸催化下，右旋(+)的蔗糖可以较快地水解为右旋(+)葡萄糖和左旋(－)果糖。可以看出，果糖的旋光能力最强。随着水解反应的进行，蔗糖浓度逐渐减小，葡萄糖和果糖浓度等量地增加。实验过程中，如以一束偏振光穿透过反应溶液体系，则偏振光的振动方向将会逐渐向左偏转。在式(1)、(2)中，c为反应物浓度，c0为反应起始时蔗糖的浓度，ct为t时刻蔗糖的浓度，k为水解反应的速率常数。从积分式可以看出，通过测定反应物在不同时刻t的浓度ct，并以lnct对t作图，可得一直线，由直线斜率可求出反应速率常数k。然而，由于各物质的浓度随着反应的进行而不断变化，要快速分析出某一时刻反应物的浓度比较困难。但是根据蔗糖及其水解产物都具有旋光性、而且旋光能力不同这一特点，可以利用体系在反应过程中旋光度随时间的变化来量度反应的进程。已知在温度、光程、光源等条件确定时，旋光度α与反应物浓度c之间呈线性关系，

2旋光仪光路介绍

旋光仪就是根据这种原理设计的，其光路如图1所示。在30℃下，取25mL2．0mol/L的氯化氢溶液与25mL200g/L的蔗糖溶液混合，催化促进蔗糖发生水解反应，分别用手动和自动两种旋光仪测量溶液旋光度随时间的变化。进行数据处理后，ln(αt－α∞)对反应时间t之间的关系如图2所示，用一元一次方程拟合所得结果标注于图中。根据实验原理可得对应实验条件下蔗糖水解反应的速率常数:自动仪器测量所得为0．03486min－1，手动仪器测量所得为0．03694min－1，两者之间有一定的偏差。由图2也可以看出，用手动仪器测量的数据，其线性相关度较差，一个原因是手动仪器恒温性较差，随着实验的进行，钠光源发出的热使反应溶液温度逐渐升高，水解速率增大，即在整个实验过程中，反应温度没有保持恒定，使得测量误差较大。另外，手动仪器的旋光度需要手动调节读取，在数据读出时刻与计时时刻之间有一定的延迟，也给测试结果带来影响。而自动测试仪器则不受以上两个因素的影响。因为自动仪器带有恒温水浴装置，可以确保实验过程温度维持恒定;另外，溶液的旋光度值通过数显读取，具有方便、快捷、准确的特点。因此，用自动仪器测量所得结果更为真实可靠。但是，在实验教学过程中我们也发现，用自动旋光仪做实验，学生不能直接观察到光的偏转现象，因此对偏振光这一重要的物理量就没有直观认识。通过这一实验，学生只能在数据处理方面得到较多的训练，而对实验过程的理解则较为欠缺，这也是其它实验项目中存在的问题。手动旋光仪是利用“三分视界”的方法，通过手动调节检偏镜的角度，使三分视界的暗度相同，然后读得偏振光偏转角度值。自动旋光仪则是通过电子元件，将光信号转化为电信号，然后直接通过数字显示的方式将偏振光的偏转角度自动显示出来。

3结论

随着科技的进步，有更多先进的仪器进入到实验教学中，能够方便、快捷、准确地得到实验结果。但是随着仪器自动化水平的提高，使很多实验现象不能直观地表现出来，学生不能直观的理解实验原理，从而影响教学效果。在实际教学中，可以将两种仪器结合起来，根据自动仪器使用方便、测量数据准确特点，用自动仪器采集实验数据，并以其进行数据分析。根据手动仪器直观的特点，在实验过程中，可以同时用手动仪器进行演示实验，让学生在过程进行相应的观摩，便于学生更好的掌握实验原理，提高实验教学质量。

作者：熊中平 司玉军 李敏娇 单位：四川理工学院