§14-11  旋光现象和电磁场的光效应

    一、旋光现象

    当线偏振光通过某种透明物质后,其振动面会以光的传播方向为轴旋转一定的角度,这就是旋光现象。能使振动面旋转的物质称为旋光物质,或说该物质具有旋光性,如石英晶体、松节油、糖溶液和酒石酸溶液等都是旋光物质。旋光现象可用图14-55所示的装置进行观测,图中M和N是两个透振方向正交的偏振片,R是旋光物质。未插入旋光物质R时,单色自然光通过M和N后由于消光视场是暗的,而插入R后,视场由暗变亮。若将N以光的传播方向为轴旋转某一角度q,视场又重新变暗,这说明线偏振光透过旋光物质R后仍为线偏振光,只是振动面旋转了q 角。

图 14-55

    实验表明,对于固体旋光物质,振动面转过的角度q正比于光在旋光物质内通过的距离l,可以表示为

    q = a l ,  (14-97)

式中a是比例系数,称为物质的旋光率。物质的旋光率决定于物质自身的性质,还与温度和入射光的波长有关。对于液体旋光物质,振动面转过的角度q 除了与光在液体中通过的距离l有关外,还与溶液的浓度c成正比,即

                          q = a cl .                       (14-98)

在化学、化工和生物学研究中,常利用上式来测定溶液的浓度c。糖量计就是利用这个道理来测定糖溶液浓度的仪器。

    在图14-55中若用白光作为入射光,则在检偏器N的不同方位将会观察到不同颜色的视场。这是因为物质的旋光率a与光的波长有关,不同波长的光其振动面旋转的角度不同,这种现象称为旋光色散。

    实验还表明,不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面向不同方向旋转。迎着光的传播方向看去,若使振动面沿顺时针方向旋转称为右旋, 而使振动面沿逆时针方向旋转称为左旋。天然石英晶体有的是右旋,也有的是左旋,这两种石英晶体的结构互为镜像对称。糖也有右旋和左旋之分,右旋糖和左旋糖分子式相同,但分子结构也是互为镜像对称的。一个有趣的现象是,化学成分和化学性质相同的右旋物质和左旋物质,所引起的生物效应却完全不同。例如,人体需要右旋糖,而左旋糖对人体却是无用的。

       
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