如何使用旋光仪测量旋光性物质并确定含量？

应用旋光仪测量旋光性物质的旋光度以确定其含量的分析方法叫旋光法。

（一）偏振光的产生

光是一种电磁波，是横波，即光波的振动方向与其前进方向互相垂直。自然光有无数个与光前进方向互相垂直的光波振动面，如图4-39（a）所示。

图4-39　自然光与偏振光

（a）自然光；（b）偏振光（虚线部分）

若使自然光通过尼克尔棱镜，由于振动面与尼克尔棱镜的光轴平行的光波才能通过尼克尔棱镜，所以通过尼克尔棱镜的光，只有一个与光的前进方向互相垂直的光波振动面，如图4-39（b）所示。这种仅在一个平面上振动的光叫偏振光。

产生偏振光的方法很多，通常是用尼克尔棱镜或偏振片。尼克尔棱镜是把一块方解石的菱形六面体末端的表面磨光，使镜角等于68°（∠BCD），将之对角切成两半，把切面磨成光学平面后，再用加拿大树胶粘起来形成的（图4-40）。

图4-40　尼克尔棱镜示意图

利用偏振片也能产生偏振光。它是利用某些双折射镜体（如电气石）的二色性，即可选择性吸收寻常光线而让非常光线通过的特性，把自然光变成偏振光。

（二）光学活性扬质、旋光度与比旋光度

分子结构中凡有不对称碳原子，能把偏振光的偏振面旋转一定角度的物质称为光学活性物质。许多食品成分都具有光学活性，如单糖、低聚糖、淀粉以及大多数的氨基酸等。其中能把偏振光的振动平行向右旋转的，称为“具有右旋性”，以“（+）”表示；反之，称为“具有左旋性”，以“（-）”表示。

偏振光通过光学活性物质的溶液时，其振动平面所旋转的角度叫作该物质溶液的旋光度，以a表示。旋光度的大小与光源的波长、温度、旋光性物质的种类、溶液的浓度及液层的厚度有关。对于特定的光学活性物质，在光源波长和温度一定的情况下，其旋光度a与溶液的浓度c和液层的厚度L成正比。即

a=kcL

式中：[a]aλ为比旋光度，（°）；t为温度，℃；λ为光源波长，nm；a为旋光度，（°）；L为液层厚度或旋光管长度，dm；c为溶液浓度，g/mL。

表4-6　糖类的比旋光度

（三）侧定旋光度的方法

测定旋光度的仪器有普通旋光计、检糖计、自动旋光计等，普通旋光计和检糖计具有结构简单、价格低廉等优点，但也存在着以肉眼判断终点、有人为误差、灵敏度低及须在暗室工作等缺点。下面介绍自动旋光计测定物质旋光度的方法。

1.仪器结构原理

自动旋光计采用光电检测器及晶体管自动示数装置，具有体积小、灵敏度高、没有人为误差、读数方便、测定迅速等优点，目前在食品分析中应用十分广泛。WZZ型自动数字显示旋光计的结构原理如图4-41所示。

用20W钠光灯为光源，由小孔光阑和物镜组成一束平行光，然后经过起偏镜后产生平行偏振光，当偏振光经过有法拉第效应的磁旋线圈时，其振动面产生50Hz的一定角度的往复振动，该偏振光线通过检偏镜透射到光电倍增管上，产生交变的光电信号。当检偏镜的透光面与偏振光的振动面正交时，即为仪器的光学零点，此时以a=0°（出现平衡指示）。而当偏振光通过一定旋光度的测试样品时，偏振光的振动面转过一个角度口，此时光电讯号就能驱动工作频率为50Hz的伺服电机，并通过涡轮杆带动检偏镜转动口角，而使仪器回到光学零点，此时读数盘上的示值即为所测物质的旋光度。

图4-41　WZZ型目动旋光计工作原理

1.光源；2.小孔光阑；3.物镜；4.起偏器；5.磁旋线圈；6.观察管；7.滤光片；8.检偏器；9.光电倍增管；10.前置放大器；11.自动高压；12.选频放大器；13.功率放大器；14.伺服马达；15.涡轮杆；16.读数器(www.xing528.com)

2.测定操作

①打开电源开关，钠光灯在交流电源下点亮，预热15min。

②打开光源（交流转直流）开关，钠光灯在直流下工作（若开关开启后钠光灯熄灭，须再将此开关重复打开1～2次）。

③按下测量开关，机器处于自动平衡状态，读数窗即显示一个读数。

④将装有蒸馏水或其他空白溶剂的试管放入样品室，盖上箱盖，待小数稳定后，按清零按钮清零。应当注意，如果试管中有气泡，应首先将气泡移至试管的凸颈处；试管两端的水雾和水滴，应用软布揩干；试管螺帽不宜旋得过紧，以免产生应力，影响读数；试管安放时应注意标记的位置和方向。

⑤取出试管，将待测样品注入试管，并按相同的位置和方向放入样品室内，盖好箱盖。仪器读数窗将显示出该样品的旋光度。

⑥逐次按下复测按键，取几次测量的平均值作为样品的测定结果。

⑦仪器使用完毕后，应依次关闭测量光源、电源开关。

3.说明及注意事项

①样品超过测量范围，仪器会在±45°处停转。取出试管，按试样室内的按钮开关仪器即自动转回零位。此时应稀释样品后再做。

②深色样品透过率过低时，仪器的示数重复性将有所降低，此系正常现象。

③具有光学活性的还原糖类（如葡萄糖、果糖、乳糖等）在溶解之后，其旋光度起初迅速变化，然后逐渐变缓，直至达到恒定值。因此，在用旋光法测定含有还原糖的样品时，样品配成溶液后，需放置过夜再测定。若需立即测定，可将中性溶液食品分析与检验加热至沸，或加入几滴氨水至碱性再稀释定容，还可加入碳酸钠干粉至石蕊试纸刚显碱性。在碱性溶液中，变旋光作用迅速，很快达到平衡。但微碱性溶液不宜放置过久，温度也不可过高，以免破坏果糖。

④钠灯直流供电出故障时，仪器钠灯也可在交流电的情况下工作，但仪器的性能略有下降。如打开电源后钠光灯不亮，应先检查保险丝。钠光灯积灰或损坏，可打开机壳进行擦净或更换。

⑤旋光仪在使用时，需通电预热几分钟，但钠光灯使用时间不宜过长。

⑥旋光仪是比较精密的光学仪器，使用时，仪器金属部分切忌沾污酸碱，防止腐蚀。光学镜片部分不能与硬物接触，以免损坏镜片。

⑦仪器应放在干燥通风处，防止潮气侵蚀，尽可能在20℃的工作环境中使用仪器，搬动仪器应小心轻放，避免震动。