图228微量法测定

沸点装置2.　微量法测定沸点

微量法测定沸点可用图228所示的装置。取一根长约１0～15cm，直径为4～5mm细玻璃管，用小火封闭其一端作为沸点管的外管，向其中加入3～5滴待测定样品（无水乙醇）。再在外管中放入一根长6～8cm，直径约１mm，上端封闭的毛细管[1]，然后将沸点管用橡皮圈固定于温度计水银球旁边，放入热浴（**石蜡）中加热。由于气体膨胀，内管中会有断断续续的小气泡冒出，达到样品的沸点时，将出现一连串的小气泡，此时应停止加热，使浴液温度自行下降，气泡逸出的速度即渐渐减慢。当最后一个气泡刚要缩回至内管中的瞬间，表示毛细管内的蒸气压与外界压力相等，此时的温度即为该**的沸点。为校正起见，待温度下降几度后再非常缓慢地加热，记下刚出现气泡时的温度。两次温度计读数不应超过1℃。同时记下当时的大气压力。【注释】

[1]　测定熔点用的毛细管截取适当长度后即可使用，注意要使毛细管的开口端向下，密封端向上。

五、思考题

（1）　什么叫沸点?**的沸点和外部压强有什么关系？

（2）　用微量法测定沸点时，为什么把最后一个气泡刚要缩回至内管的瞬间的温度作为该化合物的沸点？如沸点内管有空气未排净，将会产生什么结果？

实验3折光率的测定

一、实验目的

（1）　掌握阿贝折射仪的使用方法。

（2）　了解测定折光率的原理和意义。

二、实验原理

折光率（Refractive　Index）又称折射率。是**有机化合物的重要的物理常数之一。折射率测定可精确到万分之一（通常应用五位有效数字记录），它比沸点更可靠，是衡量**有机化合物纯度的标志之一，是定性鉴定有机化合物的一种手段[1]。

在确定的外界条件（温度、压力）下，光线从一种透明介质进入另一种透明介质，由于两种介质的密度不同，光的传播速度和方向均发生改变（除非光线与两种介质的界面垂直），这种现象称为光的折射现象。根据折射定律，折射率是光线入射角的正弦与折射角的正弦之比，即：

n=sinαsinβ

当光由介质A进入介质B时，如果介质A对于介质B是光疏物质，则折射角β必小于入射角α　；当入射角α为90°时，sinα=1，这时折射角达到最大，称为临界角，用β0表示。显然，在一定条件下，β0也是一个常数，它与折射率的关系是：

n=1sinβ0

图229光的折射现象可见，测定临界角β0即可得到折射率。在实验室里，一般用阿贝（Abbe）折射仪来测定折射率，其工作原理就是基于光的折射现象，其结构如图229所示。

为了测定β0值，阿贝折射仪采用了“半暗半明”的方法，就是让单色光由0°～90°的所有角度从介质A射入介质B，这时介质B中临界角以内的整个区域均有光线通过，因此是明亮的；而临界角以外的全部区域没有光线通过，因此是暗的，明暗两区域的界线十分清楚。如果在介质B的上方用一目镜观察，就可以看见一个界线十分清楚的半明半暗视场。因各种**的折射率不同，要调节入射角始终为90°。在操作时只需旋转棱镜转动手轮即可。从刻度盘上或显示窗可直接读出折射率。

折射率n与物质结构、纯度、入射光线的波长、温度、压力等因素有关。通常大气压的变化影响不明显，只是在精密测定时才考虑。使用单色光要比用白光时测得的值更为精确，因此常用钠光（钠光谱的D线，波长589.3nm）作光源。温度可用仪器维持恒定，比如用恒温水浴槽与折光仪间循环恒温水来维持温度恒定。所以，折射率（n）的表示需要注明所用光线波长和测定的温度，常用n20D来表示，即以钠光为光源，20℃时所测定的n值。

通常温度升高（或降低）1℃时，液态有机化合物的折射率减少（或增加）3.5×10-4～5.5×10-4，在实际工作中常采用4.5×10-4为温度变化常数，把某一温度下所测得的折射率换算成另一温度下的折射率。其换算公式为：

nTD＝ntD＋4.5×10-4（t－T）

式中：T为规定温度，℃；t为实验时的温度，℃。这种粗略计算虽然有一定误差，但很有参考价值。

阿贝折光仪的结构如图230所示。它的主要组成部分是两块直角棱镜组成的棱镜组，上面一块是表面光滑的测量棱镜，下面一块是表面磨砂的可以开启的辅助棱镜。左面的镜筒是读数镜筒，内有刻度盘，其上面有两行数值。右边一行是折射率数值（1.3000~1.7000）[2]，左边一行是工业上测量糖溶液浓度的标度（0％~95％）。右面的镜筒是测量目镜，用来观察折光情况。镜筒内装有消色散棱镜。光线由反射镜射入辅助棱镜，发生漫射，以不同入射角射入两个棱镜之间的**样品薄层，然后再射到测量棱镜的表面上。此时一部分光线经折射后进入测量目镜，另一部分光线则发生全反射。调节测量目镜中的视野如图231所示。

图230阿贝折光仪的结构图231折光仪在临界角时的目镜视野全自动折光仪三、仪器与试剂

1．　仪器

阿贝折光仪、擦镜纸、滤纸。

2．　试剂

乙酸乙酯、乙醇或丙酮、蒸馏水。

四、实验操作

1.　仪器的安装

折光仪用橡皮管将测量棱镜和辅助棱镜上保温夹套的进出水口与超级恒温槽连接，并调节至测定的温度（温度控制在±0.1℃之内）。

2.　加样

松开锁钮，开启辅助棱镜。用乙醇或丙酮润湿的擦镜纸轻轻擦洗上下镜面，切忌用滤纸代替擦镜纸，玻璃滴管绝对不能触及棱镜，以免损伤镜面。待镜面干燥后，滴加1～2滴蒸馏水于辅助棱镜面上[3]，旋紧棱镜锁紧扳手，使蒸馏水均匀地充满视场，注意不要有气泡。测定蒸馏水的折光率，进行仪器的校正。

3.　对光

转动消色散手柄，使刻度盘标尺上的示值为最小，再调节反光镜使目镜中观察到的视场最明亮。转动棱镜调节旋钮直至目镜中观察到黑白临界线或彩色光带。转动消色散调节旋钮，直至清晰地观察到明暗分界线[4]。

4.　精调

转动棱镜调节旋钮，使分界线恰好通过十字的交叉点，见图231。

5.　读数

打开读数望远镜下方的小窗，使光线射入。从读数望远镜中读出刻度盘上蒸馏水的折射率，重复操作2～3次，每次读数相差不超过0.0002。取平均值后，使之与标准值（n20D=1.3330，n25D=1.3325）相比较，得到零点的校正值。校正值一般很小，若数值太大时，整个仪器必须重新校正[5]。

6.　测样

重复操作步骤2～5。在步骤2中，加入待测**，如乙酸乙酯，读出待测**的折射率。重复测量2～3次，每次读数相差不超过0.0002。取平均值，并用折光仪校正值加以校正。纯乙酸乙酯的折光率n20D=1.3723。

7.　清洗

样品测定后，用擦镜纸轻轻擦去镜面上下的**，再用乙醇或丙酮湿润的擦镜纸轻轻擦上下镜面，待棱镜面干燥后，垫上一张干净的擦镜纸再旋上锁钮，置于仪器室保存[6]。【注释】

[1]　折射率也可用于确定**混合物的组成。当各组分结构相似和极性较小时，混合物的折射率和物质的量（摩尔分数）组成之间常成简单的线性关系。因此，在蒸馏两种以上的**混合物且当各组分沸点彼此接近时，就可以利用折射率来确定馏分的组成。

[2]　阿贝折光仪中的读数不是临界角的度数，而是已计算好的折射率，故可直接读出。由于仪器上有消色散棱镜装置，所以可直接使用白光作光源，所测得的数值与用钠光的D线所测得的结果相同。

[3]　如果测定易挥发性**，滴加样品时速度要快，或可由棱镜侧面的小孔加入。

[4]　如果在目镜中看不到半明半暗界线，而是畸形的，这是因为棱镜间未充满**。若出现弧形光环，则可能是有光线未经过棱镜面而直接照射在聚光透镜上。

[5]　如仪器零点的误差较大，则需对阿贝折光仪的标尺刻度进行零点校正，常用以下两种方法。

①　用蒸馏水校正：将折光仪与恒温槽连接，恒温（一般为20℃或25℃）后，松开棱镜组锁钮，滴入1～2滴丙酮于镜面上，合上棱镜。而后打开棱镜，用擦镜纸轻轻揩拭上下两镜面。待镜面干燥后，滴入1～2滴蒸馏水于镜面上，关紧棱镜，转动棱镜调节旋钮，使读数镜内标尺读数等于蒸馏水的折射率（n20D=1.3330，n25D=1.3325）。调节反光镜，使入射光进入棱镜组，调节测量镜，从测量望远镜中观察，使视场最亮、最清晰。转动消色散调节手轮，消除色散，再用一特制的小旋子旋动右面镜筒下方的方形螺旋，使明暗分界线和“×”字交叉重合，即校正完毕。

②　用标准折射玻璃块校正：将棱镜完全打开使之成水平，取少许1溴代萘（n=1.66）置于光滑棱镜上，将标准折射玻璃块黏附于镜面上，使其直接对准反射镜，然后按上述手续进行。

[6]　维护：①　Abbe折光仪棱镜必须注意保护，不能在镜面上造成刻痕。不能测定强酸、强碱及有腐蚀性的**，也不能测定对棱镜、保温套之间的粘合剂有溶解性的**；②　每次使用完毕，应仔细认真地用丙酮或无水乙醇擦洗镜面，待晾干后垫上干净的擦镜纸，再关上棱镜；③　仪器不能暴露于日光下，不用时应放入木箱内并置于空气流通的干燥处。

五、思考题

（1）　测定有机化合物折射率的意义是什么？

（2）　每次测定样品折射率的前后为什么要擦洗上下棱镜面？

（3）　测定折射率时有哪些因素会影响结果？

（4）　假定测得松节油的折射率为n30D=1.4710，在25℃时其折射率的近似值应是多少？

实验4旋光度的测定

一、实验目的

（1）　掌握旋光度的测定方法。

（2）　了解旋光度测定的原理和意义。

二、实验原理

比旋度（specific　rotation）是光学活性物质特有的物理常数之一，手册、文献上多有记载。测定旋光度可以鉴定光学活性物质的纯度和含量。

对映异构体的物理性质（如沸点、熔点、折射率等）和化学性质（非手性环境下）基本相同，只是对平面偏振光的旋光性能不同。使偏振光振动平面向右旋转的物质称为右旋体；使偏振光振动平面向左旋转的物质称为左旋体。当偏振光通过具有光学活性的物质时，由于光学活性物质的旋光作用，其振动方向会发生偏转，所旋转的角度α称为旋光度。

物质的旋光度除与物质的结构有关外，还与测定时所用溶液的质量浓度、溶剂、温度、旋光管长度和所用光源的波长等有关系。因此常用比旋度[α]tλ来表示各物质在一定条件下的旋光度。比旋度是旋光性物质的特征物理常数，只与分子结构有关，可以通过旋光仪测定物质的旋光度后经计算求得。

①　**的比旋度：指在液层长度为1dm，密度为１g/mL，温度为20℃及用钠光谱D线波长（589.3nm）测定时的旋光度，单位为度（°·cm2·g-1）。

②　溶液的比旋度：指在液层长度为１dm，浓度为１g/mL，温度为20℃及用钠光谱D线波长测定时的旋光度。单位为度（°·cm2·g-1）。

纯净**的比旋度按下式计算：

[α]tλ=αl×d

溶液的比旋度按下式计算：

[α]tλ=αl×c

式中：[α]tλ为旋光性物质在t℃、光源波长为λ时的比旋度，一般用钠光作为光源，此时的比旋度用[α]tD表示；α为测得的旋光度，（°）；t为测定时的温度，℃；λ为光源的波长，nm；l为旋光管的长度，dm；d为纯**在20℃时的密度，g/mL；c为溶液中有效组分的质量浓度，g/mL。

测定旋光度的仪器叫旋光仪。市售的旋光仪有两种类型：一种是直接目测旋光仪；另一种是自动数显旋光仪。它们的基本结构主要由钠光源、起偏镜、盛液管（旋光管）、检偏镜组成。

直接目测旋光仪的基本结构如图232所示。光线从光源经过起偏镜（一个固定不动的尼科尔棱镜），变为在单一方向上振动的平面偏振光，再经过盛有旋光性物质的旋光管时，因物质的旋光性致使偏振光不能通过检偏镜（一个可转动的尼科尔棱镜），必须转动检偏镜，才能通过。因此，要调节检偏镜进行配光，使最大量的光线通过。测定时，应调节视场成明暗相等的单一视场，如图233所示。但当检偏镜从0°旋转至180°时，会出现较明和较暗的两种单一视场。为了提高测定的准确性，应选较暗的单一视场为旋光仪测定终点的判断标准。标尺盘上转动的角度可以指示出检偏镜的转动角度，即为该物质在此条件下的旋光度。图234为直接目测旋光仪的读数刻度盘，利用游标尺可读两位小数。

图232目测旋光仪的外形及基本结构示意图

1．　底座2．　电源开关3．　刻度盘转动手轮4．　放大镜座5．　视度调节螺旋6．　度盘游标

7．　镜筒8．　镜筒盖9．　镜盖手柄10．　镜盖连接圈11．　灯罩12．　灯座

图233旋光仪的三分视场图图234读数示意图自动数显旋光仪由于应用了光电检测器和晶体管自动示数装置，因此灵敏度较高，读数方便，且可避免人为的读数误差，目前应用广泛。图235是自动数显旋光仪的面板。下面以自动数显旋光仪为例，通过测定葡萄糖的比旋度来介绍旋光度测定的操作方法。

实物图图235自动数显旋光仪面板示意图

1．　电源2．　光源　3．　测量4．　复测5．　清零6．　数字显示7．　样品室

三、仪器与试剂

1．　仪器

旋光仪、电子天平、容量瓶（100mL）、烧杯。

2．　试剂

葡萄糖（AR）。

四、实验操作

1．　溶液样品的配制[1]

准确称取样品葡萄糖10g，放入100mL容量瓶中定容，加入蒸馏水至刻度[2]。配制的溶液应透明无机械杂质，否则应过滤。

2．　仪器开机

将仪器电源接入220V交流电源，打开电源开关，这时钠光灯应启亮，需经5min钠光灯预热，使之发光稳定。打开光源开关，若光源开关关上后，钠光灯熄灭，则再将光源开关上下重复扳动1～2次，使钠光灯在直流下点亮为正常。按下“测量”开关，这时数码管应有数字显示。

3．　零点的校正

将装有蒸馏水或其他空白溶剂的旋光管[3]放入样品室，盖上箱盖，待示数稳定后，按下“清零”按键，使数码管示数为零。按下复测开关，使数码管示数仍回到零处，重复操作三次。一般情况下，本仪器如不放旋光管时读数为零，放入无旋光度溶剂后也应为零。但需防止在测试光束通路上有小气泡，或旋光管的护片上沾有油污、不洁物等，同时也不宜将旋光管护片旋得过紧，这都会影响空白读数。如果读数不是零，必须仔细检查上述因素或用装有溶剂的空白旋光管放入试样槽后再清零。旋光管安放时应注意标记的位置和方向。

4．　测定旋光度[4]

将旋光管取出，倒掉空白溶剂，用待测的葡萄糖溶液冲洗2～3次，将待测样品注入旋光管，按相同的位置和方向放入样品室内，盖好箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光度；逐次按下复测按钮，重复读几次数，取平均值作为样品的测定结果[5]。

5．　关机

测定完毕，将旋光管中的**倒出，洗净并擦干放好。旋光仪使用完毕后，应依次关闭测量、光源、电源开关。

6．　计算