本文介紹使用PEM測量光學旋轉的簡單搭建設置,旋光器的使用及光學旋轉計算及原理牌废。
光學旋光原理
摘要：本文介紹使用PEM測量光學旋轉的簡單搭建設置,旋光器的使用及光學旋轉計算及原理。
當線偏振光穿過“光學活性”或“手性”材料時晶框，光的偏振面可能發(fā)生旋轉。這種現象被稱為旋光懂从∈诙危化學家把測量樣品旋光性的方法稱為“旋光法”。光學活性材料包括手性有機分子如葡萄糖和非對稱結構的晶體如石英侵贵。
旋光被物理學家解釋為圓雙折射的結果。圓雙折射是左右圓偏振光的折射率差缘薛。線偏振光可以用左右圓偏振光的線性組合表示。當線偏振光光束進入光活性樣品時宴胧，樣品的圓雙折射在左右圓偏振光分量之間產生相對相移漱抓。在樣品內部沿路徑長度積分的凈相移稱為圓延遲或圓延遲。當光束離開樣品時乞娄，圓延遲產生線偏振平面的旋轉(光學旋轉)。圓雙折射、圓延遲仪或、圓延遲和旋光有時可以隨意互換使用。然而溶其，旋光(α)的值與圓延遲(δc = 2α)的值相差2倍骚腥。
較簡單的旋光偏振光計是由偏振片和交叉分析儀組成的瓶逃。旋光性是在有手性樣品和沒有手性樣品的分析儀上零位的角差。簡單旋光式旋光計已用于制糖工業(yè)近兩個世紀廓块。在現代的偏振計中厢绝，偏振調制器带猴，如Hinds Instruments生產的光彈性調制器(PEM)昔汉，被用來提供高的測量靈敏度拴清。
圖1顯示了一個使用PEM測量光學旋轉的簡單設置。
圖1.光學旋轉測量的光學臺架設置
如果光源是激光口予，光學設置就特別簡單娄周，因為不需要準直和聚焦透鏡。光源后的第①偏光器應安裝在精密旋轉器中沪停，以允許與PEM延遲軸精確對齊煤辨。對于這種配置(沒有樣品到位)木张，在檢測器上沒有交流信號，但有直流信號舷礼。當插入一個樣品并發(fā)生旋轉時鹃彻，一個電源頻率(2f)兩倍的信號將出現在檢測器上。這個信號用來測量樣品的旋光性妻献。
從理論上講浮声，到達探測器的信號可以用穆勒微積分推導出來旋奢。旋光量為(弧度或度)的樣品的穆勒矩陣為:
利用穆勒微積分，我們推導出探測器處的信號為:
公式1
當用貝塞爾函數表示PEM的時變延遲 ?t = Acos(2πft) 時至朗，我們將探測器信號重寫為:
公式2
其中A = PEM峰值延遲弧度屉符，f = PEM頻率，
和
是PEM峰值延遲A。
方括號中的前兩項是“直流”項矗钟，第三項是“交流”項，在2f處吨艇，是PEM頻率的兩倍。
或DC項由下方程給出：
公式3
东涡，交流信號在2f處的幅值(不是均方根值)由下方程給出：
公式4
對于較佳設置冯吓，PEM延遲被選擇為A = 0.383波= 2.405弧度。對于這種延遲疮跑，
组贺，直流項與光學旋轉無關祖娘。
在實驗上失尖，信號調節(jié)器從檢測器輸出中分離出交流信號和直流信號渐苏。鎖相放大器測量
的有效值掀潮，許多鎖相放大器也可以測量
。計算機通過帶有鎖定的RS232接口讀取兩個值仪吧。
在以下方程中可見，測量的交直流信號比與旋光有關邑商。
公式5
在鎖定有效值電壓和峰值電壓之間轉換。
對光源的波動凡蚜、光傳輸的變化等不敏感人断。
旋光量α見以下方程：
公式6
當A = 2.405弧度，J2= 0.4318朝蜘，aα≤15°時，代入數值并轉換為角度暇仲，α的實用公式如下所示：
公式7
在公式7中用于計算旋光度的小角度近似在0°到15°范圍內的精確度在1%左右「笨剩可以使用式6進行更精確的計算奈附。
Z后，對于手性材料的旋光性有一個很好的符號約定煮剧。在制作一個旋光計時斥滤，應該使用一個已知的樣品來校準旋光計的符號和精度佑颇。測量的旋光符號取決于鎖定相位設置顶掉、PEM相位特性、偏光器方向(0°vs 90°挑胸、45°vs 135°)和其他參數痒筒。所有這些因素都被Hinds Instruments解決并納入到系統(tǒng)設計和配置中。然而茬贵，當用元件制作一個旋光計時闷沥，作為儀器校準的一部分萎战，研究人員必須特別注意這些因素咐容。
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