5.1　偏振光和旋光性

5.1.1　偏振光和物質的旋光性

我們通常見到的光為自然光，也稱普通光。光是一種電磁波，它可在垂直于其前進方向上的任何平面上振動。如果將普通光通過一塊特制的尼科爾棱鏡，因為此棱鏡只允許與其晶軸平行振動的光通過，其他各個方向的光都被擋住，所以普通光通過此棱鏡后只在一個平面上振動，形成平面偏振光，簡稱偏振光，偏振光振動的平面叫偏振面。凡能使偏振光的偏振面旋轉的性質稱為旋光性。具有旋光性的物質稱為旋光性物質或光學活性物質，如乳酸、葡萄糖、甘油醛等；否則，稱非旋光性物質，如水、乙醇、丙酮等。平面偏振光的產生見圖5-1。

自然界中有許多物質具有使偏振光的偏振面發生改變的這種旋光現象，這樣的物質具有旋光性或光學活性。例如，在兩個晶軸相互平行的尼科爾棱鏡之間放入乙醇、丙酮等物質時，通過第二個尼科爾棱鏡觀察仍能見到最大強度的光，視場光強不變，說明它們不具有旋光性；但在兩個尼科爾棱鏡之間放入葡萄糖、果糖、乳糖等物質的溶液時，通過第二個尼科爾棱鏡觀察，視場光強減弱，只有將第二個尼科爾棱鏡向左或向右旋轉一定角度后，又能恢復原來最大強度的光，即葡萄糖、果糖或乳糖將偏振光的偏振面旋轉了一定的角度，說明它們具有旋光性。光學活性物質旋轉偏振見圖5-2。

5.1.2　旋光儀

偏振光的偏振面被旋光性物質所旋轉的角度稱為旋光度，用α表示。測定物質旋光度的儀器稱為旋光儀，旋光儀的結構和組成見圖5-3。旋光儀主要由1個單色光源、2個尼科爾棱鏡、1個盛放樣品的盛液管和1個能旋轉的刻度盤組成。其中第1個棱鏡是固定的，稱為起偏鏡，第2個棱鏡可以旋轉，稱為檢偏鏡。

測定時，把兩個尼科爾棱鏡的晶軸相互平行時作為零點，視野明亮；當加入非旋光性物質時，偏振光通過樣品管后仍可完全通過檢偏鏡，視野明亮，刻度仍為零點；而當加入光學活性物質時，偏振光振動平面發生向左或向右的轉動，這時只有向左或向右旋轉檢偏鏡才能使光線完全通過，此時，刻度盤上的讀數即為該物質的旋光度，用α表示。如果從面對光線射入的方向觀察，能使偏振光的偏振面按順時針方向旋轉的旋光性物質稱為右旋體，用符號“＋”或“d”表示；反之，則稱為左旋體，用符號“－”或“l”表示。

5.1.3　旋光度和比旋光度

物質的旋光性除了與物質本身的特性有關外，還與測定時所用溶液的濃度、盛液管的長度、測定時的溫度、光的波長以及所用溶劑等因素有關。對于某一物質來說，用旋光儀測得的旋光度并不是固定不變的，所以說旋光度不是物質固有的物理常數。因此，為了能比較物質的旋光性能的大小，消除這些不可比因素的影響，通常采用比旋光度[α]來描述物質的旋光性。比旋光度[α]是物質固有的物理常數，可以作為鑒定旋光性物質的重要依據。比旋光度定義為：在一定的溫度下，盛液管長度為1dm，待測物質的濃度為1g·mL^－1，光源波長為589nm（即鈉光燈的黃線）時所測的旋光度。旋光度與比旋光度之間的關系可用下式表示：

式中，t為測定時的溫度（一般是室溫）, ℃；λ為光源波長，常用鈉光（D）作為光源，波長為589nm；α為實驗所測得的旋光度，（°）；c為待測溶液的濃度（液體化合物可用密度），g·mL^－1；l為盛液管長度，dm。

當所測物質為溶液時，所用溶劑不同也會影響物質的旋光度。因此使用非水溶劑時，需注明溶劑的名稱，例如，右旋酒石酸在乙醇中，濃度為5%時，其比旋光度為：

[α]＝＋3.79°　（乙醇，5%）

比旋光度和物質的熔點、沸點、密度等一樣，是重要的物理常數，有關數據可在文獻或手冊中查到。通過旋光度的測定，可以計算出物質的比旋光度。利用比旋光度可以進行旋光性物質的定性鑒定及含量和純度的分析。制糖工業中，常用旋光度來控制糖液的濃度。