偏振计

偏振计是用旋光物质测量线偏振光的偏振面旋转的偏振计。 测得的旋光角 α 取决于被检物质的固有性质及其浓度。 偏振计常用于定量测定溶液中光学活性物质的浓度，如测定水溶液的含糖量（糖量法）。

一个偏振计通常由两个尼科耳棱镜组成。 固定偏振器对来自光源的光进行线性偏振。 它后面的可旋转检偏器用于确定偏振平面的位置。

如果穿过两个偏振滤光片，则没有光可以通过； 观众正在看的视野仍然是黑暗的。 如果样本物质被放置在两个偏振滤光片之间，则根据旋转值发生增亮，这使得旋转值能够被测量。

一种经常使用的测量设备是半影偏光仪。有了这个，部分入射到 A 上的光首先被辅助棱镜 H 稍微旋转（1° 到 10°）。 结果，您看到两个“字段”。

起偏器P和检偏器A为尼科耳棱镜，P固定，A可旋转，A与P平行时，图像明亮； 将 A 旋转 90° 会使图像变暗。 如果 A 和 P 交叉，一半是暗的，另一半是亮的。如果你现在将 A 旋转 360°，整体亮度较大和较小的区域交替出现（总共 4 个）。描述的排列（图 1 和 2 ) 只是构建偏振计划的众多方法之一。 在其他布置中，偏振器 P 旋转而分析器 A 静止，并且两个部分也可以同时旋转。偏振元件也可以快速旋转而不是缓慢旋转，用检测器代替眼睛正弦变化（记录亮度的 sin 2 ⁡ ( t ) )。 然后根据与没有样本的信号轮廓相比的相移来确定旋转值。

用手动偏振计正确测量旋转值既费时又需要经验。 自动、电子控制的偏振计特别适用于工业部门和需要进行大量测量的实验室。 它们每次测量最多一秒的短测量时间和计算机接口允许进行一系列测量。

由于许多因素（样品的层厚度、溶剂、温度、光的波长等）会影响旋转值 α ，为了比较不同的样品/物质，旋转值是相对于浓度和样品厚度渗透为特定的旋转角度或特定旋转。 这通常也以度数或无量纲的形式指定，在这种情况下，特定的旋转角度被归一化为 10 厘米的层厚度、100 毫升的溶剂和 1 克的光学活性物质。

旋转值 α 和特定旋转角  取决于光的频率、温度、使用的溶剂以及浓度（如果适用），因此这些关键参数也已给出。 测量通常在 589 nm（钠 D 线）下进行，但也在其他波长下进行。 由于旋转值的温度依赖性，通常在 20 °C、22 °C 或 25 °C 下进行测量； 其他信息也可以在文献中找到。 指定测量条件以指定手性物质的旋转值α。

借助干涉滤光片，可以设置圆偏振计的准确波长。 此处使用的滤光片的制造精度为 ±2 nm。因此，在偏振测量中利用这些滤光片的角度依赖性是很常见的。 例如，这里使用中心波长稍大的滤光片，目标波长可以通过滤光片的灵敏机械倾斜来设置。 这将在调整过程中使用具有已知旋光度的认证石英板来完成并检查。 这种类型的波长调整通常工作可靠——如果中心波长要在不断变化的环境条件下数天或数月内保持精确到 0.01 nm，这将变得更加复杂。 由于温度和老化效应会影响波长，因此需要经常检查和重新调整。

以 26% 的糖溶液为例，波长 0.03 nm 的变化会导致 589 nm 波长处的旋转发生 0.0035° 的变化。当相同的波长误差出现在 405 nm 时，该误差会被放大。 这里的误差已经是 0.013°，因此超出了要求的公差。 具有非常高旋转值的物质会导致相应更高的误差，例如 D-(−)-limonene。 在受控的实验室条件下 - 在 20 °C 或至少恒定的室温下 - 偏振计算与上述倾斜技术的工作相对令人满意。 然而，为了确保稳定的波长，还有另一种可能利用石英晶体的旋光度与糖水溶液旋光度的极大相似性，特别是对于制糖工业：所谓的石英楔补偿。

石英的旋光色散 (ORD) 几乎与蔗糖溶液相同，这一事实可用于生产精度非常高的糖旋光仪。 石英楔补偿原理受专利保护，由于其高可靠性，至今已在制糖行业站稳脚跟。该偏振计使用在光路中移动的石英楔。 偏振器和检偏器彼此固定成 90°。 该设备测量石英楔移动的距离，补偿样品的旋转。 这里使用线性编码器代替圆偏振计的角度编码器。

这是 Schmidt + Haensch 的一个原则，专门使用。 由于石英和样品对波长的微小变化的响应方式相同，因此这些变化会得到补偿，因此影响可以忽略不计。 因此，由此产生的优势是：

• 波长变化的影响较小
• 测量值的长期稳定性，无需校准

因此，这种装置代表了用于制糖工业的高度稳定的系统，因为它不受温度的影响，不会老化并且不需要调整。

石英，又称深石英或α-石英，是一种化学成分为SiO2，呈三角对称的矿物。 对映结构中石英的结晶使穿过深石英的光的振荡平面沿 c 轴方向旋转。

石英的化学稳定性极高，不溶于水，只能被氢氟酸和熔融苏打腐蚀。 光学传输范围为 160 nm 至 3000 nm。光学活性（光偏振面的旋转）取决于波长、温度和石英的厚度。 这些特性使石英成为检查偏振计n的理想材料。

这些石英控制板根据其厚度和温度以及所用光的波长定义了旋转值。 任何旋转值都可以通过调整厚度来生成，并且可以用精密旋光仪确定并用校准证书记录。

PTB 的校准基于 ICUMSA（国际糖分析统一方法委员会）或 OIML（国际法定计量组织）的建议。 那里的校准包括检查基本校准能力的初步测试 - 石英控制板必须满足尺寸、光学纯度、平面度、平面平行度和轴误差方面的必要最低要求。 然后使用 PTB 提供的精密旋光仪确定实际测量值，即旋光度。 此处实现的测量不确定度为 0.001°。

然而，石英也有光学缺陷。 除了孪生，这些可能是位错线、夹杂物，还有轴误差和不均匀性。 这种误差对极化应用中的测量有负面影响。