旋光仪的构造及工作原理

4.4.2　旋光仪的构造及工作原理

旋光仪的主要元件是两块尼柯尔棱镜。尼柯尔棱镜是由两块方解石直角棱镜沿斜面用加拿大树脂黏合而成的，如图4－5所示。

图4－5　尼柯尔棱镜

当一束单色光照射到尼柯尔棱镜时，分解为两束相互垂直的平面偏振光，一束是折射率为1.658的寻常光，另一束是折射率为1.486的非寻常光，这两束光线到达加拿大树脂黏合面时，折射率大的寻常光（加拿大树脂的折射率为1.550）被全反射到底面上的墨色涂层而吸收，而折射率小的非寻常光则通过棱镜，这样就获得了一束单一的平面偏振光。用于产生平面偏振光的棱镜称为起偏镜。如让起偏镜产生的偏振光照射到另一个透射面与起偏镜透射面平行的尼柯尔棱镜，则这束平面偏振光也能通过第二个棱镜，如果第二个棱镜的透射面与起偏镜的透射面垂直，则由起偏镜出来的偏振光完全不能通过第二个棱镜。如果第二个棱镜的透射面与起偏镜的透射面之间的夹角θ在0°～90°之间，则光线部分通过第二个棱镜，此第二个棱镜称为检偏镜。通过调节检偏镜，能使透过的光线强度在最强和零之间变化。如果在起偏镜与检偏镜之间放有旋光性物质，则由于物质的旋光作用，使来自起偏镜的光的偏振面改变了某一角度，只有检偏镜也旋转同样的角度，才能补偿旋光线改变的角度，使透过的光的强度与原来相同。旋光仪就是根据这种原理设计的。其构造示意如图4－6所示。

图4－6　旋光仪构造示意

1—目镜；2—检偏棱镜；3—圆形标尺；4—样品管；5—窗口；6—半暗角器件；7—起偏棱镜；8—半暗角调节；9—灯

通过检偏镜用肉眼判断偏振光通过旋光物质前后的强度是否相同是十分困难的，这样会产生较大的误差。为此设计了一种在视野中分出三分视界的装置，其原理是：在起偏镜后放置一块狭长的石英片，由起偏镜透过来的偏振光通过石英片时，由于石英片的旋光性，使偏振旋转了一个角度φ，通过镜前观察，光的振动方向如图4－7所示。A是通过起偏镜的偏振光的振动方向，A′是再次通过石英片旋转一个角度后的振动方向，此两偏振方向的夹角φ称为半暗角（φ＝2°～3°），如果旋转检偏镜使透射光的偏振面与A′平行时，在视野中将观察到：中间狭长部分较明亮，而两旁较暗，这是由于两旁的偏振光不经过石英片，如图4－7（b）所示。如果检偏镜的偏振面与起偏镜的偏振面平行（即在A的方向时），在视野中将观察到：中间狭长部分较暗而两旁较亮，如图4－7（a）所示。当检偏镜的偏振面处于φ／2时，两旁直接来自起偏镜的光偏振面被检偏镜旋转了φ／2，而中间被石英片转过角度φ的偏振面对被检偏镜旋转角度φ／2，这样中间和两边的光偏振面都被旋转了φ／2，故视野呈微暗状态，且三分视野内的暗度是相同的，如图4－7（c）所示，将这一位置作为仪器的零点，在每次测定时，调节检偏镜使三分视界的暗度相同，然后读数。