1、,第六章 光的偏振 &光在晶体中的传播,第六章 光的偏振和光在晶体中的传播1、 自然光和偏振光 2、 起偏器与检偏器、马吕斯定律 3、 菲涅耳公式 （补充内容） 4、 双折射现象 5、 惠更斯作图 6、 波片和补偿器 7、 偏振光的干涉 8、 人为双折射 9、 旋光性, 测糖术,光波是横波。,将平面电磁波函数代入E=0和H=0，得到Ek和Hk，即电磁场振荡方向与波矢方向正交，在与波矢正交的横平面中振荡，即自由空间中光波为横波。,电场和磁场之间正交和同步。,可知：,偏振度：,式中Imax和Imin分别是最大振幅和最小振幅对应的光强。对于线偏振光， Imin=0， P=1。 对于自然光， Imax
2、=Imin，P=0. 对于部分偏振光， 0P1,圆偏振光和椭圆偏振光可以看成是两个同频，振动方向相互垂直，并且有稳定的相位关系的线偏振光合成的结果。反之，任何一个圆偏振光和椭圆偏振光可以分解成两个同频，振动方向相互垂直，并且有稳定的相位关系的线偏振光。,二、起偏器和检偏器 马吕斯定律,偏振片在液晶显示上应用,偏光显微镜(polarizing microscope),研究对象：具有双折射性质的旋光物质。 特 点：在镜筒中加了两块偏振片。 原 理：无样品时，两偏振片互相垂直，视野是暗的。,有双折射性的生物组织：纤维、染色体、淀粉粒、细胞壁,区别肿瘤细胞：常细胞对偏振光是左旋，而肿瘤细胞对偏振光是右
3、旋。,普通显微镜,偏光显微镜,检偏器旋转一周，光强两亮两暗,在线偏振光的光路中插入检偏器，检偏器旋转一周,在自然光和圆偏振光的光路中插入检偏器，检偏器旋转一周,在光路中插入检偏器，屏上光强减半。检偏器旋转，屏上亮暗无变化。,部分偏振光和椭圆偏振光的光路中插入检偏器，检偏器旋转一周,检偏器旋转一周，屏上光强两强两弱。,根据上面的实验，可以区分出线偏振光，但是无法区分自然光和圆偏振光，也无法区分是部分偏振光还是椭圆偏振光，关于自然光和圆偏振光、部分偏振光和椭圆偏振光的区分，以后讲解。,三、反射光、折射光和散射光的偏振,自然光在两种各向同性介质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射
4、光中垂直振动(S)多于平行振动(P)，折射光中平行振动(P)多于垂直振动(S)。,当入射角满足关系式 时，反射光为振动垂直于入射面的线偏振光，该式称为布儒斯特定律， 为起偏振角或布儒斯特角。此时折射光偏振化的强度最强，但它不是完全偏振光。,问题：当光线以起偏振角入射时，反射光和折射光的传播方向互相垂直，即：iB+ 90o。,反射光的偏振态和入射光的偏振态、入射角和介质的折射率有关。,举一特例-自然光入射（光疏到光密）,关于反射和折射的偏振的补充教材,*电磁场边值关系,电磁场边值关系由麦克斯韦积分方程给出，其反映了电磁场在两种介质分界面处的突变的规律。,在绝缘介质界面，无自由电荷和传导电流,第一
5、节：菲涅耳公式,这种场分量的连续性反映了电磁场的突变，比如电位移矢量法线分量的连续给出了电场强度矢量法线分量在两种介质分界面处的突变，即不连续。光是电磁波，在界面处的入射光、反射光和折射光的复振幅矢量满足边值关系。由边值关系可以推导出这三个复振幅矢量的关系，即菲涅耳公式。,*特征振动方向和局部坐标架,图显示了界面反射和折射时的电场矢量和光传播方向的空间取向，它是正确理解菲涅耳公式的一个基本图象。p和s为特征振动方向。,为什么选择p和s为特征振动方向？,p振动和s振动之间互不交混，彼此独立，各有各的传播特性。,例题1：利用电磁场的边值关系证明s偏振光的反射和折射光均为s 偏振。,i1,i2,求解
6、得：,因为入射光为s偏振，所以E1p=0，得E1p=E2p=0，即反射光和折射光仅为s偏振。也可以形象地用作图说明；,边界关系要求：,导致电场矢量不能垂直于光传播方向。,同理可以证明p偏振入射光的反射折射光只能是p偏振。请同学们自己推导 (H) 。,*菲涅耳公式,在光频段，高频率条件下，介质的磁化机制几乎冻结，故磁导率1，于是介质光学折射率,附加磁场边界条件，可以推得，请同学们课下推导。,*菲涅耳公式成立条件：,从一般的电磁场的边值关系到最后的菲涅耳公式的推导过程中引用了若干条件，这些条件便是菲涅耳公式成立的条件，总结如下：,适用于绝缘介质，无表面自由电荷和传导电流。 适用于各向同性介质。 适
7、用光学线性介质（弱光强），满足D=0E 在光频段，高频率条件下，介质的磁化机制几乎冻结，故磁导率1，于是介质光学折射率,第二节 反射率和透射率,本节讲解菲涅耳公式的应用，包含如下内容：,复振幅反射率和透射率， 光强 反射率和透射率， 光功率反射率和透射率， 布儒斯特角， 玻片组透射光的偏振度， 斯托克斯倒逆关系,复振幅反射率和透射率,由菲涅耳公式推导出复振幅反射率和透射率，它们包含了实振幅比值和相位差值 ：,问题（1）正入射时，入射面已失去意义，p和s光的区别不存在，但其复振幅反射率符号相反，是否矛盾？,i1,i2,对P光，若rp0, 正入射时表示反射光振动方向与入射方向相反，即反射光位相变化
8、180度对S光，若rs0, 正入射时表示反射光振动方向与入射方向相反，即反射光位相变化180度所以，结果是统一的。,例题2 导出正入射时的复振幅反射率和透射率 令i1=i2,代入复振幅反射率和透射率公式，得,问题（2）：当n1n2时，tp=ts1,是否违背光能流守恒？关于这个问题我们引进光强反射率和透射率，及光功率反射率和透射率,光强反射率和透射率 光强I=nE02， 光强反射率和透射率：,注意：对于斜入射的光，,原因是：,光强I是光功率面密度，其单位是为瓦/米2(W/m2)。若考虑光功率应该记及光强和正截面两个因素。,光功率反射率和透射率,光功率守恒：,布儒斯特角,根据以上讲的光强反射率和入
9、射角的关系公式可以得出光强反射率曲线：,+,iB为布儒斯特角,玻片组透射光的偏振度,利用p光和s光的光强反射率、折射率不同的特性，使用玻片组可以或得比较高偏振度的偏振光，下图为一例：,注：偏振度的定义：,斯托克斯倒逆关系,斯托克斯倒逆光路方法巧妙地解决了n1/n2界面复振幅反射折射率（ ）和n2/n1界面复振幅反射折射率（ ）的关系。,图中显示反射光行波和折射光行波均被抵消，当然另外两列光行波 (1，rr，tt)和(rt，rt)也不复存在，即,第三节 反射光的相位变化,反射光的相移变化曲线 例题-菲涅耳棱镜产生圆偏振光 反射光的相位突变问题 维纳实验,反射光的相位变化曲线,相移因子( )的原始
10、含义为：,当=0，复振幅反射率为正实数，表明反射光振动态与局部坐标架(p,s)方向一致，但是并不意味着反射光和入射光振动态必定同相位。 当=，复振幅反射率为负实数，表明反射光振动态与局部坐标架(p,s)方向相反，也不意味着反射光和入射光振动态必定反相位。 当0，复振幅反射率为复数，表明反射光振动态介于局部坐标架(p,s)之间 ，入射光为线偏振，反射光则为椭圆偏振。,反射光的相移变化曲线：,（1）n1n2,(1) n1n2，光疏介质到光密介质，相移变化比较简单，=0或者，如图：,（2）n1n2，即光密到光疏，情况比较复杂，当入射角大约全反射临界角，相移因子由0连续变致，见下图：,（2） n1n2
11、,以上相移因子和入射角关系公式的推导：,当入射角i1ic时，按照折射定律在形式上得：,所以：,令：,于是：,相移因子求得：,注意：在基元波函数复数形式表示里，我们约定了相位的正负号；实际相位超前取负号，落后取正号，这个约定源于我们选用了,故实际相位差( - )应该为正值，为正值。,例题-菲涅耳棱镜产生圆偏振光,设玻璃折射率n1=1.51，空气的折射率n2=1.0，以入射角i1=5120 入射 一线偏振光，且偏振方向与入射面成45夹角，相位 1p 1s=0，即在入射光局部坐标架(p1,s1)看来入射光是两个等相位和正交振动的合成，分析反射光的偏振态？,首先判断入射角是否大于全反射临界角：,入射角
12、大于临界角，所以使用下面的公式计算相移量：,结果得：,所以：,结论： 因为入射角大于临界角，所以实振幅反射率rs和rp等于1，故反射光为内正切于正方形边框的左旋斜椭圆偏振光。,菲涅耳棱镜,适当调整入射角，使得=45，在菲涅耳棱镜里发生两次全反射，s和p光的相位差为2 =90，所以出射光为左旋圆偏振光。,反射光的相位突变问题,以上讲解的知识已经解决了这个问题，这里给出一个总结的结论；这些结论对于确定入射光和反射光的干涉场非常有用。,半波损失：在反射点入射光和反射光的线偏振态恰巧相反，也就是说相位相差，称之为半波损失。这意味着入射情况为正入射和掠射。,结论：,正入射时。n1n2,界面反射没有相位突
13、变，即没有半波损失。 掠射时。无论n1n2还是n1n2，界面反射均有半波损失。,3. 斜入射时；如下图，我们关心的薄膜上下界面反射的两光束1和2之间的相位差。,结论（限于入射角小于布儒斯特角） 当n1n2n3，要计相位突变，即实际光程差为：,ii. 当n1n2n3或n1n2n3，没有相位突变，实际光程差为：,对于入射角大于布儒斯特角的情况，请同学课下分析。,例题：,如图一微波检测器安装在高出湖面h=0.5米处，一颗射电星体发射波长为=21厘米的微波,星体自水平面徐徐升起，微波检测器依次出现信号极大和极小，问当出现第一个极大时，星体相对于水平面的仰角？,因为是掠射，所以要考虑相位突变，故实际光程
14、差为：,当出现第一个极大时， ，于是：,光与物质的相互作用，本质上是光与电子的相互作用。运动的电子既有电荷亦有磁矩，光是电磁波。在光与电子的相互作用中，是电场起主要作用，还是磁场起主要作用，还是电场和磁场起等同的作用？-维纳实验回答了这个问题。,维纳实验,光疏到光密，正入射的反射光的电场矢量有半波损失，而磁场矢量没有。在a0点观察到的是暗纹，确定和乳胶相互作用过程中起作用的是光波的电矢量。,维纳进一步作了更令人信服的实验：,证明乳胶感光是电场所致，而磁场没有起作用。,原子物理学从理论上可以估算出，光波中作用于电子电荷上电场力远远大于作用于电子磁矩的磁场力。,第四节 反射光的偏振态,反射光的偏振
15、态和入射光的偏振态、入射角和介质的折射率有关。,举一特例-自然光入射（光疏到光密）,几个常用结果： 正入射时，若入射光为左旋偏振光，反射光为右旋偏振光，既适用于光疏到光密，也适用于光密到光疏。 入射角等于布儒斯特角，反射光为s偏振光。 当入射角大于全反射临界角，若入射角为线偏振光（非s偏振，也非p偏振），反射光为椭圆偏振光。,补充内容结束！,散射光的偏振,当阳光射入地球大气层时，遇到大气分子而被散射，在高空没有多少尘粒子，故以分子散射(瑞利散射)为主，散射光的光强与入射光的波长四次方成反比。阳光所含的七种色中，紫、蓝、青光等的波长短，被分子散射便强烈，而波长较长的橙光、红光等被散射便弱，在高空
16、的散射光便以紫、蓝、青光等为主，综合的效果便使天空呈蔚蓝色。 尘粒和水滴的尺度一般大于等于可见光，这里的散射以米散射为主，米散射不遵从分子散射那样的散射规律而是遵从更复杂的规律，和波长没有明显的关系，阳光被散射后基本上仍为白光，比如白云。,瑞利散射：,在入射光的激励下分子感生的电偶极矩为：,电偶极矩辐射：,辐射光强：,所以：,自然光：,线偏振光散射光偏振：,自然光散射偏振：,太阳光本身并不是偏振光，但当它穿过大气层，受到大气分子或尘埃等颗粒的散射后，便变成了部分偏振光。根据天空偏振光的图形，就可以确定太阳的位置。蜜蜂的偏光导航仪是在头部的复眼中。它的复眼是由6300只小眼组成的，每只小眼里有8
17、个作辐射状排列的感光细胞，蜜蜂就是靠这些小眼来感受天空偏振光的。,*散射光偏振和导航,通过动态光散射的方法可以测量大分子和胶体粒子的流体力学半径分布情况；通过静态光散射的方法可测量高聚物的重均分子量MW(weight averaged molecular mass) ，均方根旋转半径Rg（radius of gyration）和第二维里系数A2(second osmotic virial coefficient)。该仪器可测粒子大小为几个nm至1m，并具有不破坏体系原有状态的特征，因此在高分子与胶体化学，材料科学，生命科学等方面都得到广泛应用。,*散射在化学中的应用：,双折射现象,红宝石（含铬
18、或铁),猫眼石,宝石和双折射：从不同的方向看双折射的宝石，有机会看到不同深浅的颜色，甚至不同颜色。切磨专家在选择宝石的台面方向时，要顾及其不同的色泽，选择颜色最美丽的方向作为台面。,o光（寻常光）遵守折射定律 e光（非常光）不遵守折射定律 所谓o光和e光，只在双折射晶体的内部才有意义，射出晶体以后，就无所谓o光和e光了。 用检偏器来考察从晶体射出的两光束时，就会发现它们都是线偏振光。,双折射光的偏振特点,光轴：光线在晶体中沿某一方向传播时不发生双折射现象，这一方向称为晶体的光轴.,天然方解石晶体是一六面棱体,每一面都是菱形,大角约为102o, 小角约为78o. 六面体中有两个相对的分别由三个钝
19、角围成的顶角, 连接这两个顶角, 与连线平行的方向既是方解石光轴的方向.,单轴晶体：只有一个光轴(如方解石、石英)的晶体 双轴晶体：有两个光轴(如云母、硫磺)的晶体,主截面：光轴和晶体表面光入射点的法线组成的平面。,主平面：晶体中光（o光或e光）的传播方向与晶体光轴构成的平面。,o光的振动方向垂直于o光的主平面； e光的振动方向平行于e光的主平面。 当o光和e光的主平面相互平行时,两光的振动互相垂直.,说明：当入射面和主截面重合一致时，e光的偏折依然在入射面内；当入射面和主截面不一致时，则e光射线就可能不在入射面内。o光的偏折总在入射面内。,寻常光（o光）：,(1) 是振动面垂直与自己的主平面
20、的线偏振光; (2) 符合折射定律和反射定律; (3) 沿各个方向折射率相同(no), 传播速度相同.,非常光(e光):,是振动面平行于自己的主平面的线偏振光; 一般不符合折射定律,在垂直于光轴的方向传播时符合折射定律. 沿不同的方向折射率不同, 传播速度不同.沿光轴的方向折射率和速度为no与o光相同.沿垂直于光轴的方向的折射率称为ne. no 和ne成为晶体的主折射率。,晶体可分为正晶和负晶. neno的晶体, 叫做正晶体. 如石英. ne no的晶体, 叫做负晶体. 如方解石.,光在晶中体波面,O-xyz是方解石晶体内的三维坐标, t=0时刻自原点发出的光振动, 在t=t时刻, o光振动传
21、到以v0t为半径的球面上. 因此 ,o光的波面图是球面. e光波面图是长轴为vet, 短轴为vot, 在光轴方向上外切球面的椭球面.,负晶体,正晶体,(1)作图法确定光在各向同性介质界面上的反射和折射光方向.,用惠更斯原理确定反射光和折射光传播方向,用惠更斯原理确定折射光的传播方向.,空气,晶体,用惠更斯作图法确定光在晶体中的传播方向,例题1：负晶体方解石,光轴,以入射点为 中心，以1/no 为半径作圆。,以1/no为短轴, 1/ne为长轴作椭圆,空气,晶体,例题2：方解石,光轴,以AC/no为半径作圆,以AC/no为短轴,AC/ne长轴,作椭圆,空气,晶体,光轴,以AC/no为 半径作圆,以
22、AC/ne为 半径作圆,空气,方解石,光轴,晶体,例题4,加拿大树胶,偏光棱镜,加拿大树胶,对钠黄光的折射率为1.55,介于方解石的ne=1.486和no=1.658 之间.,进入晶体发生双折射,格兰汤普森,线偏振光通过l/4波片后将变为椭圆(圆)偏振光,圆或主轴与波片光轴平行的正椭圆偏振光通过l/4波片后可变为线偏振光,补偿器：,经过补偿器后两偏振光之间的相位差：,偏振光的干涉,1、P1P2,它们之间的相位差：,晶体双折射,投影,2、P1P2,它们之间的相位差：,晶体双折射,当P1P2满足亮条纹条件时， P1P2为暗条纹 当P1P2满足暗条纹条件时， P1P2为亮条纹 两种情况互补，旋转第二
23、个偏振片，从P1P2到P1P2观察的明暗互补,等厚条纹，条纹间距：, 克尔效应:某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场的作用下，显示出双折射现象，称为克尔效应。,外加电场破坏溶液的各向同性，产生各向异性，产生双折射，光轴方向平行于电场方向；,经过长度为l的电场区，克尔效应产生的附加相位差为：,透过P2的光强：,当电压在此值与零值间变换时，克尔盒可使光路通、断，故可用作电光开关。若克尔盒的电极与调制信号电压相接，则通过P2的光强将随信号电压的变化而改变，这时的克尔盒就是一个光调制器。由于克尔效应几乎没有延迟时间，随外电场变化的响应时间极短, 可达10-9 s，因此可制成高速光闸和光调
24、制器等，用于高速摄影、电影电视以及激光通讯等领域。,图为泡克耳斯效应装置( 光传播方向与电场平行 )， P1 P2；透明电极；晶体是单轴晶体，光轴沿光传播方向( 不加电场时，无双折射 )。 加电场 晶体变双轴晶体 原光轴方向附加了双折射效应。泡克耳斯效应产生的n正比于外加电场；,*泡克耳斯效应：,noo光在晶体中的折射率，V电压， 电光常数。,经过长度为l的电场区，克尔效应产生的附加相位差为：,=时，P2透光最强。磷酸二氢钾（KH2PO4，简称KDP）、磷酸二氢胺（NH4H2PO4，ADP）等单晶都具有线性电光效应。例如KDP晶体对于=546nm的绿光， no =1.51，=10.610-12
25、 m/V，=时，半波电压V=7600V，这比克尔盒要求的电压低得多。泡克尔斯效应的开关响应时间也极短，一般小于10-9s，可用作超高速开关，激光调Q，显示技术，数据处理,*旋光现象,物质的旋光性某些物质（如石英、氯酸钠、糖的水溶液、酒石酸溶液、松节油等）具有能使线偏振光的振动面发生旋转的性质，称为旋光性 (optical activity)。 振动面旋转的角度：a 旋光率(specific rotation)，它取决于入射光的波长和旋光物质的性质。,任何一个圆偏振光和椭圆偏振光可以分解成两个同频，振动方向相互垂直，并且有稳定的相位关系的线偏振光。,任何线偏振光可以分解成两个同频的左右旋、振幅相
26、等、并且有稳定的相位关系的圆偏振光。,旋光现象的说明,在旋光晶体中左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的传播速度不同，即两种偏振态的折射率不同；,左旋偏振光和右旋偏振光经过厚度为d的晶体，两者经历的光程不同，相应地产生不同的相位落后：,对于圆偏振光，相位落后意味着光矢量转角的倒退，即：,相位落后,转角倒退,相位落后转角倒退,晶体后表面合成的线偏振光矢量为L、R夹角的平分线，相对于前表面的线偏振光矢量旋转了,*菲涅耳复合棱镜：,菲涅耳复合棱镜的意义：,1、证实了菲涅耳提出的关于晶体旋光性机理的假设解释。2、提供了一种产生圆偏振光的一个典型器件。,磁致旋光效应法拉第 （Michael Faraday，179
27、11867） 伟大的英国物理学家、化学家。法拉第 出身贫寒，自学成才，工作勤奋，热心科普 工作，是实验大师。他发现了电磁感应现象、 法拉第电解定律和磁致旋光效应，提出了力 线和场的概念，主张自然界的各种力相互有 关，反对超距作用的观点。J.C.麦克斯韦电磁 场理论是在法拉第工作的基础上建立的。法拉第的主要著作有电学实验研究、化学和物理学实验研究、日记。1845年8月,法拉第研究电和磁对偏振光的影响,9月用过去研制的重玻璃做实验，发现原来没有旋光性的重玻璃在强磁场的作用下产生旋光性，使偏振光的偏振面发生偏转。这是人类第一次认识到电磁现象和光现象之间的关系。磁致旋光效应后来称为法拉第效应。,在两个
28、透振方向正交的偏振片之间沿光的传播方向放置一个螺线管，将待测的透明介质样品插入螺线管内。单色平行自然光通过起偏器M后变为线偏振光，如果螺线管未接通电源，透明介质样品无旋光性，透射光将完全被检偏器N所阻隔。螺线管接通电源后，介质样品在强磁场的作用下而产生旋光性，因而将有光从偏振片N射出。这时若将N旋转某个角度q，则会重新产生消光, 这说明从介质样品出射的光仍是线偏振光，只是其振动面相对于入射线偏振光的振动面转过了角度q。实验表明，磁致旋光效应中振动面的旋转角q正比于光在介质中通过的距离l，正比于介质内的磁感应强度B，即 q= vlB 式中v是比例系数，称为维尔德常量，决定于介质的性质，也与入射光
29、的波长有关。,实验还表明，磁致旋光性与天然旋光性是有差别的。天然旋光性的右旋和左旋取决于物质的结构，与光的传播方向无关；磁致旋光性的右旋和左旋与光相对于磁场的传播方向有关，若光沿磁场方向传播是左旋的，则逆着磁场方向传播变为右旋。 所以，线偏振光往返两次通过天然旋光物质，振动面将恢复到原先的方位。,而线偏振光往返两次通过磁致旋光物质情况就不同了，如果光沿磁场方向通过，振动面左旋了q角，那么当它沿原路径逆着磁场返回时，物质变为右旋的，振动面又旋转了q角，这样往返两次通过同一物质振动面共旋转了2q角。 利用磁致旋光的这种性质，可以制成光隔离器、光调制器等器件。,旋光性与物质分子结构的关系,什么样结构
30、的物质才能使偏光的振动方向发生旋转呢？在了解这个问题之前，我们首先讨论手性（Chirality）的概念。,1848年，法国科学家巴斯德（Louis pasteur）为了获得酒石酸盐结晶方面的数据，在重复前人的实验时，发现了一种有趣的现象：没有旋光性的酒石酸是由两种结构极为相似的两种晶型混合而成，它们的结构非常相似，但不相同，也不能完全重叠，就好像人的左右手一样，外表非常相似，但不能完全重叠。他用放大镜和镊子细心地将这两种晶体分离，分别溶于水后测其旋光度，发现它们均具有旋光度，如果将它们混合后，则旋光度为零。,经过对这两种晶体分析，他发现它们之间的关系就好像人的左右手一样，一种结构是另一种结构的
31、镜像。即它们互为实物与镜像关系。,实物与其镜像不能重叠的特性，称为物质的手性，具有手性的分子叫手性分子。凡具有手性的分子都有旋光性。没有手性的分子没有旋光性，因此，物质的手性是判断其是否具有旋光性的必要条件。,旋光性物质的旋光度的大小决定于该物质的分子结构，并与测定时溶液的浓度、盛液的长度、测定温度、所用光源波长等因素有关。为了比较各种不同旋光性物质的旋光度的大小，一般用比旋光度来表示。比旋光度与从旋光仪中读到的旋光度关系如下。, 旋光度 C 旋光性物质的浓度（g/ml），若为纯液体，则为其密度l 盛液管的长度（dm）T 测定时溶液的温度 光源的波长，因通常用钠光为光源，故也可用D表示在表示测
32、定的结果时，还需要注明所使用的溶剂。,我们可通过测定物质的旋光度来计算溶液的浓度；也可用己知浓度的化合物溶液通过测定其旋光度，计算其比旋光度，作为物质定性鉴定的依据。,旋光仪广泛用于医药、食品、有机化工等各个领域，如： 农业：农用抗菌素、家用激素、微生物农药及农产品淀粉含量等成份分析。 医药：抗菌素、维生素、葡萄糖等药物分析，中草药药理研究。 食品：食糖、味精、酱油等生产过程的控制及成品检查，食品含糖量的测定。 石油：矿物油分析、石油发酵工艺的监视。 香料：香精油分析。 医卫：医院临床糖尿病分析。,*旋光和生命起源,核酸是遗传信息的携带者和传递者，分为核糖核酸(RNA)和脱氧核酸(DNA)两种
33、。右下图是DNA分子双螺旋结构模型，通常是右旋的。这正是生物大分子的手性特征。生物体内化合物的这种左右不对称性正是生命力的体现。维持这种左右不平衡状态的是生物体内的酶，生物一旦死亡，酶便失去活力，造成左右不平衡的生物化学反应也就停止了。由此可见，生命与分子的不对称性息息相关。问题是地球上生命发源之初，左右对称性的破缺是怎样开始的？即分子手性的起源是什么？生物的起源是什么？这些都是有待人们去研究的谜。,生命的基本物质是生物大分子，它包括蛋白质、核酸、多糖和脂类。其中蛋白质是生命功能的执行者，其分子是右氨基酸组成的长链。每种氨基酸都应有L、D(L(livo)和D(dextro)分别表示左、右型旋光
34、异构体)两种旋光异构体。但实验证明组成生物蛋白质的20种氨基酸都是L型的，D型氨基酸只存在于细菌细胞壁和其它细菌产物中。,年青人的眼球是黑色的、明亮的，随着年龄增大，眼球变灰色，混浊。马斯特（Masters）报道，在人的眼球晶体核内的D-天冬氨酸以每年0.14积累，也就是说天冬氨酸由L变D的外消旋作用也是生命老化过程的一部分。因此，探索减低氨基酸外消旋速度的因素，抑制蛋白质的老化，对于延长人和哺乳动物寿命是有意义的。,旋光和生命老化,氨基酸地质年代学氨基酸地质年代学是一门利用化石中氨基D/L比值测定年代的科学。其基本原理为：当生命有机体死亡后，维持生命体内仅含L-氨基酸的酶也同时失去活性。从此
35、，L-氨基酸便开始缓慢的转化为D-氨基酸，开始了缓慢的外消旋作用，反应遵循一级可逆动力学规律。 外消旋程度（DL）与时间的关系为：式中，DL为化石中D-氨基酸和L-氨基酸，k为反应速度常数，t为化石年龄，c为常数。根据化石中DL值和k，可求得化石的年代。 采用地质化石中残余蛋白质的水解产物氨基酸，试样用量110克，尤适用于珍贵的古人类化石，测定较宽，一般可用于测定第四世纪内（104106年）的地质年龄。 1996年5月10日，美国科学杂志就报道了利用氨基酸外消旋作用，测定天冬氨酸、丙氨酸和亮氨酸外消旋DL值来判断古代DNA在样品中留存年代。,本学期光学课全部结束！ 谢谢大家！ 祝：新年愉快！,
