旋光性

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[外文]：opticalactivity又称光活性。线偏振光透过媒质时，偏振面的转动；或者椭圆偏振光透过媒质时，椭圆偏振长轴的转动。1811年D.F.J.阿喇戈发现，当线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时，光的振动面发生旋转。以后J.-B.毕奥和其他人发现，许多有机液体以及有机物溶液也都具有旋光现象。有两类旋光物质，当面对光的传播方向观察时，振动面顺时针转动的为右旋物质，逆时针转动的为左旋物质。一般地说，同一种旋光物质具有两种互为镜像的结构形态（对映体或同分异构体），一种为左旋，一种为右旋。这种由物质结构决定的旋光性称为天然旋光性。在天然旋光物质中，光的振动面转动的角度ψ与光经过的物质层厚度d成正比(1)在溶液情形，ψ还与溶液浓度с成正比(2)α与[α]是比例系数，与旋光物质的性质、温度以及光的频率有关，分别为物质的与物质溶液的旋光率。在不同溶剂的溶液中，同一物质的[α]也略有不同，式(2)称为毕奥定律。旋光率与光的频率（波长）有关，这称为旋光色散。一般说来，它随频率的增大而增大，但在物质吸收带区域内，它随频率的增大而减小。旋光性的唯象理论是A.-J.菲涅耳于1825年提出的。在旋光物质中右旋圆偏振光和左旋圆偏振光有不同的相速度vd和v1，相应的折射率为nd和n1，右旋物质vd＞v1(nd＞n1)，左旋物质vd＜v1(nd＜n1)。入射的线偏振光可分解为一个右旋的和一个左旋的圆偏振光；这两个圆偏振光传播一段距离d后，其合成的线偏振光的振动面相对于入射时就转过一个角度(3)λ表示真空中波长，ψ＞0为右旋(υd＞υ1)，ψ＜0时为左旋(υd＜υ1)。折射率n1、nd与光的频率有关。从物质的分子结构上看，旋光性来源于分子本身或分子在晶体中排列的不对称性。如果分子本身的结构既无对称中心又无对称平面，则分子以互为镜像的两种形态存在，分别对应右旋和左旋两种情形。有机分子的不对称性大多与其碳原子键有关。碳原子与四个原子或原子团结合，构成一个四面锥，原子或原子团位于四面锥的顶点，碳原子位于中心。如果四个顶点有不同的原子或原子团，分子就没有对称性。许多有机旋光物质（如糖）的分子含有多个非对称性的碳原子，形成好几种光学同分异构体。也有些旋光物质含有其他非对称性原子（硅、磷、硼等）。要说明分子的旋光性质，还需要考虑光波场在分子不同部位的位相差，以及光波场引起的分子的电矩与磁矩。晶体的旋光性既可来源于分子排列的不对称性（无对称中心），也可来源于分子本身的不对称性。对于前者，晶体熔化或溶解后旋光性即行消失。旋光及旋光色散现象对分子结构、分子内部和分子间相互作用反映特别灵敏。由式(3)可看出，如果ψ值可测到0.01°，当λ=500nm，d=0.25m时，n1-nd的检测精度可达10-10。旋光测量用于化学、生物学等的科学研究和工业中（量糖学）。主要用于化学结构分析和糖含量的测定。法拉第效应亦称磁致旋光。在处于磁场中的均匀各向同性媒质内，光束沿磁场方向传播时发生的振动面旋转的现象（见法拉第效应）。参考书目兰斯别尔格著，杨葭荪，张之翔译：《光学》，高等教育出版社，北京，1957。M.Born，Optik，J.Springer，Berlin，1933.F.A.JenkinsandH.E.White，FundamentalsofOptics，4thed.，McGraw-Hill，Kogakusha，1976.