一、平面偏振光和物质的旋旋光性

（一）偏振光和偏振光的振动面

光波是电磁波，是横波。其特点之一是光的振动方向垂直于其传播方向。普通光源所产生的光线是由多种波长的光波组成，它们都在垂直于其传播方向的各个不同的平面上振动。图17-1（左）表示普通的单色光束朝我们的眼睛直射过来时的横截面。光波的振动平面可以有无数，但都与其前进方向相垂直。

图17-1　平面偏振光的形成

图17-2　两个尼科耳棱晶平行放置（上）或重直放置（下）时的情况

当一束单色光通过尼科目棱晶（由方解石晶体加工制成，图17-1中）时，由于尼科耳棱晶只能使与其晶轴相平行的平面内振动的光线通过，因而通过尼科耳棱晶的光线，就只在一个平面上振动。这种光线叫做平面偏振光，简称偏振光（图17-1右）。偏振光的振动方向与其传播方向所构成的平面，叫做偏振光的振动面。

当普通光线通过尼科耳棱晶成为偏振光后，再使偏振光通过另一个尼科耳棱晶时，则在第二个尼科耳棱晶后面可以观察到：如果两个尼科耳棱晶平行放置（晶体相互平行）时，光线的亮度最大（图17-2上）；如两个棱晶成其他角度时，则光线的亮度发生不同程度的减弱，接近90°时较暗，接近0°时较明亮。

（二）旋光性物质和物质的旋光性

自然界中有许多物质对偏振光的振动面不发生影响，例如水、乙醇、丙酮、甘油及氯化钠等；还有另外一些物质却能使偏振光的振动面发生偏转，如某种乳酸及葡萄糖的溶液。能使偏振光的振动面发生偏转的物质具旋光性，叫做旋光性物质；不能使偏振光的振动面发生偏转的物质叫做非旋光性物质，它们没有旋光性。

当偏振光通过旋光性物质的溶液时，可以观察到有些物质能使偏振光的振动面向左旋转（逆时针方向）一定的角度（图17-3），这种物质叫做左旋体，具有左旋性，以“-”表示；另一些物质则使偏振光的振动面向右旋转（顺时针方向）一定的角度，叫做右旋体，它们具有右旋性，以“+”表示。以前也曾用“l、d”表示左右旋。

图17-3　左旋体使偏振光的振动面向左旋转

（三）旋光度和比旋光度

如将两个尼科耳棱晶平行放置，并在两个棱晶之间放一种溶液（图17-4），在第一个棱晶（起偏振器）前放置单色可见光源，并在第二个棱晶（检偏振器）后进行观察。可以发现，如在管中放置水、乙醇或丙醇时，并不影响光的亮度。但如果把葡萄糖或某种乳酸的溶液放于管内，则光的亮度就减弱以至变暗。这是由于水、乙醇等是非旋光性物质，不影响偏振光的振动面；而葡萄糖等是旋光性物质，它们能使偏振光的振动面向右或左偏转一定的角度。要达到最大的亮度，必须把检测振器向右或向左转动同一角度。旋光性物质的溶液使偏振光的振动面旋转的角度，叫做旋光度，以α表示。

图17-4　旋光性测定示意图

一种物质的旋光性，主要决定于该物质的分子结构。但在测定物质的旋光度时，还受到测定条件的明显的影响。影响旋光度的因素包括溶液浓度、液层厚度（即盛液管的长度）、所用光线（单色光）的波长、温度以及溶剂等。因此，同一种旋光性物质在不同条件下测定α值时，所得的结果也不一样。但如固定实验条件，则测得的物质的旋光度即为常数，它能反映该旋光性物质的本性，叫做比旋光度，以[α]表示。比旋光度与测得的旋光度（α）有以下的关系：

式中：λ——测定时所用单色光的波长，通常用钠光的D线（λ=589nm）

c——溶液浓度（g·ml^-1）

l——盛液管的长度（dm）

当c和l都等于1时，则[α]= α。因此，物质的比旋光度就是浓度为1g·ml-1的溶液，放在1dm长的管中测得的旋光度。所用溶剂须写在比旋光度值后面的括号中。因为即使在其他条件都相同时，改变溶剂也会使[α]值发生变化。

比旋光度是旋光性物质的一种物理常数。如像每种物质都有一定的熔点、沸点、折射率、密度一样，各种旋光性物质都有其比旋光度。