基于量子弱测量的光学测量仪以及样品折射率、旋光谱和手性分子对映体含量测量分析方法与流程
本发明涉及光学仪器技术，具体涉及一种基于量子弱测量的光学测量仪，采用该光学测量仪，能够同时测定液态、气态或固态透明样品的折射率和旋光谱，特别是较低浓度、较少手性分子溶液的折射率和旋光谱；采用该光学测量仪，还可以实现对含有手性分子物质的溶液中对映体含量的测定，该基于量子弱测量的光学测量仪可适用于高精度手性药物分析、手性化学分析，并可用于制作高灵敏度手性分子传感器等。
背景技术：
自然界中的化学分子和生物大分子如dna、蛋白质、多糖、核酸等都具有手性特征，导致化学和生物学(物质的生化)过程常伴随着分子构型的变化，并关联着弱手征光信号改变。而人体中的药物靶点本身具有手性特征(如各种受体、酶、蛋白质等都由l-型氨基酸组成)，当与手性药物的对映体发生作用时，相应的药理活性、代谢过程及毒性等存在显著的差异，甚至表现出相反的药理学活性。因此，现在药物在研制成功后，都要经过严格的手征活性和毒性实验，以避免其中所含的另一种手性分子对人体健康产生不良影响。
鉴于对手性药物在药理活性、生理作用即代谢过程中差异的充分认识，人们加大了对手性药物的研发力度，使其得到蓬勃发展，已占据当今世界常用化学药物研发的三分之二以上。精确的手性药物分析技术是手性药物研发的重要基石，而手性分子对映体含量的精确测定时是手性药物分析和手性化学分析的技术核心及关键瓶颈。
目前，测定物质的手征光信号(圆二色谱和旋光角)是检测药物分子光学活性、确定分子对映体绝对构型的有效方法。然而，手征光信号(chiroptical)是一种非常弱的光学效应，通常情况下，只有非手性背景吸收信号的10-6～10-4量级(对于弱手性药物或生物分子相互作用过程，手征光信号更加微弱)，采用现有的光学测量设备直接测量比较困难，美国鲁道夫公司旋光仪autopol系列，通过偏振消光的方法对旋光度的测量精度最高到达0.002°，但由于传统基于光强的测量技术受到光源稳定性、环境噪声、温度等固有因素的影响，其测量精度已与仪器噪声水平相当，很难再进一步提高。此外，现有的旋光测量设备尚不具备测量不同手性对映体含量的功能。
技术实现要素：
本发明的目的旨在首先提供一种基于量子弱测量的光学测量仪，不仅能够实现对透明或半透明样品的折射率和旋光谱的测量分析，还可以实现对手性分子对映体含量的测量分析。
本发明的第二个目的在于基于上述基于量子弱测量的光学测量仪，提供一种基于量子弱测量的样品折射率和旋光谱测量分析方法。
本发明的第三个目的在于针对现有技术中缺乏精确测定手性分子对映体含量技术手段的问题，提供一种基于量子弱测量的手性分子对映体含量测量分析方法。
本发明的思路，将待测样品的折射率和旋光谱转换为与光子自旋分裂相关的测量量，由于光子自旋分裂对折射率和旋光度都非常敏感，却对光源的波动性和环境噪声不敏感，因此可以很好的抑制噪声，提高测量精度。光子的自旋分裂可通过量子弱测量放大(表现为通过前、后偏振态后，探测器上光斑的质心位置移动距离，光斑的质心位置即光斑依据能量分布计算得到的能量重心位置)，进行精确测定，从而同时获得待测样品高精度的折射率和旋光谱，并通过这两个参数得到样品中对映体的含量。基于上述分析，本发明旨在研发一种装置，光束入射到样品介质表面、经样品介质表面反射或折射，通过调整入射光束、反射光束或折射光束的偏振态或相位差，使与偏振态或相位差相关联的自旋分裂值(即反射光束质心或折射光束质心相对于样品介质界面处光束能量重心的横移距离，简称反射光束质心横移距离或折射光束质心横移距离)扩大，从而可以对其进行精确测定，再依据测定的反射光束或折射光束的自旋分裂值，计算获得样品的折射率和旋光谱。对于含有手性分子物质的溶液，手性分子对映体含量与溶液折射率和旋光度相关，而溶液折射率和旋光度可以由与偏振态或相位差相关联的自旋分裂值计算得到，因此可以基于量子弱测量技术确定的自旋分裂值来精确测定手性分子对映体含量。
本发明提供的一种基于量子弱测量的光学测量仪，包括光发生装置、偏振态制备器、棱镜、样品、第一偏振态选择器、第二偏振态选择器、第一光接收装置、第二光接收装置；所述样品设计有光入射面和光出射面，其光入射面与棱镜的一个侧面相贴合；由光发生装置出射的光束经偏振态制备器、棱镜入射到样品的光入射面，产生反射光束和折射光束，反射光束经第一偏振态选择器由第一光接收装置接收，折射光束经第二偏振态选择器由第二光接收装置接收；入射到样品光入射面的光束偏振态为前选择量子态，反射光束经第一偏振态选择器后的光束偏振态为第一后选择量子态，折射光束经第二偏振态选择器后的光束偏振态为第二后选择量子态；入射光路中的前选择量子态与反射光路中的第一后选择量子态之间构成第一量子弱测量光路部分，入射光路中的前选择量子态与折射光路中的第二后选择量子态之间构成第二量子弱测量光路部分。
上述基于量子弱测量的光学测量仪，通过调整前选择量子态与第一后选择量子态之间的夹角或者前选择量子态与第二后选择量子态之间的夹角，可以扩大得到的反射光束自旋分裂值或折射光束自旋分裂值，从而确保对溶液折射率测定或旋光角测定精度；当所述第一后选择量子态与前选择量子态之间的夹角为90°±△’(△’不大于5°)时，反射光束自旋分裂值相对于入射光束自旋分裂值可以扩大至少103倍；当所述第二后选择量子态与前选择量子态之间的夹角为90°±△’(△’不大于5°)，折射光束自旋分裂值相对于入射光束自旋分裂值可以扩大至少103倍。
上述基于量子弱测量的光学测量仪，所针对的样品为透明或半透明的固体、液体或气体；当样品为液体或气体时，测量时需要将其放入透明、半透明容器(容器折射率已知)中。
上述基于量子弱测量的光学测量仪，所述光发生装置包括光源发生器以及设置于光源发生器出射光路上的能量调节器和第一光束变换器；所述光源发生器用于提供偏振光源，可以为激光器、激光二极管、超辐射发光二极管、白光发生器、量子光源发生器；所述能量调节器用于对由光源发生器发出的光束能量进行调节，可以为二分之一波片或中性衰减片；对于二分之一波片，通过调节其透振方向与入射光偏振方向的夹角实现对光能量的调节；所述第一光束变换器用于光束汇聚，可以为单个透镜或多个透镜组成的透镜组。
上述基于量子弱测量的光学测量仪，所述偏振态制备器用于构造合适的前选择量子态，所述第一偏振态选择器和第二偏振态选择器用于构造合适的后选择量子态，并使后选择量子态与前选择量子态接近垂直，夹角为90°±△’，△’不大于5°，以保证足够的量子弱值放大效应，实现高精度和高灵敏度的测量；所述偏振态制备器为偏振器或者偏振器与四分之一波片、相位补偿器(例如巴比涅相位补偿器)组合中的一种，四分之一波片或相位补偿器位于偏振器的后面；所述第一偏振态选择器、第二偏振态选择器结构相同或者不同，为偏振器或者偏振器与四分之一波片、相位补偿器(例如巴比涅相位补偿器)组合中的一种，四分之一波片或相位补偿器位于偏振器的前面；所述偏振器为格兰激光偏振棱镜或偏振分光镜(例如沃拉斯棱镜)。
上述基于量子弱测量的光学测量仪，所述棱镜用于在样品入射界面产生合适的入射角度，在优选的方式中，经棱镜后的入射光束在样品入射界面产生布鲁斯特角反射或全反射等，棱镜可以为三棱镜、四棱镜、五棱镜等。
上述基于量子弱测量的光学测量仪，所述第一光接收装置包括第一光电探测器以及位于第一光电探测器前方的第二光束变换器；所述第二光接收装置包括第二光电探测器以及位于第二光电探测器前方的第三光束变换器；所述第一光电探测器、第二光电探测器用于实现弱光探测，两者可以结构相同或者不同，为电荷耦合元件、光谱仪、光电倍增管、位置敏感探测器、四象限探测器中的一种；所述第二光束变换器和第三光束变换器用于将光束调节为平行光束，两者结构可以相同或者不同，为单个透镜或多个透镜组成的透镜组；所述第二光束变换器的等效焦距大于第一光束变换器的等效焦距，第一光束变换器与第二光束变换器构成共焦系统；所述第三光束变换器的等效焦距大于第一光束变换器的等效焦距，第一光束变换器与第三光束变换器构成共焦系统。
本发明进一步提供了一种基于量子弱测量的样品折射率和旋光谱测量分析方法，采用上述基于量子弱测量的光学测量仪，测量分析步骤如下：
(1)由光发生装置发出的光经偏振态制备器、棱镜入射到样品入射界面产生反射光束和折射光束，反射光束经第一偏振态选择器由第一光接收装置接收，折射光束经第二偏振态选择器由第二光接收装置接收；通过第一光接收装置记录反射光束质心横移距离，将其作为反射光束光子自旋分裂值<yr>；通过第二光接收装置记录折射光束质心横移距离，将其作为折射光束光子自旋分裂值<yt>；
(2)根据如下公式(i)获得入射到样品光入射面的入射光束前选择量子态：
其中，
(3)根据如下公式(ii)获得反射光束经第一偏振态选择器后的第一后选择量子态以及折射光束经第二偏振态选择器后的第二后选择量子态：
其中，v＝r,t分别表示反射光路和折射光路，|ψv>为反射光束经第一偏振态选择器前或者折射光束经第二偏振态选择器前的量子态，
(4)|ψv>和|ψi>满足以下关系式：
其中
从光发生装置出射的光束经过棱镜及样品各个界面发生反射和折射，m＝1,2,3,4,5表示的是对应于入射角θm的界面；
(5)根据
(6)根据步骤(1)记录的<yr>和<yt>，联立(i)～(viii)计算得出样品折射率n和样品在指定波长下的旋光角δ，样品在不同波长下的旋光角构成旋光谱。
上述基于量子弱测量的样品折射率和旋光谱测量分析方法，当由光发生装置发出的光经偏振态制备器、棱镜，以布鲁斯特角入射到样品介质入射界面产生反射光束和折射光束，这样可以保证对样品折射率和旋光谱测量的最佳敏感性。
上述基于量子弱测量的样品折射率和旋光谱测量分析方法，调整光发生装置、棱镜和样品、第一光接收装置和/或第二光接收装置，使反射光束和折射光束的传播方向分别与样品反射光束出射面和折射光束出射面垂直或接近垂直，实现较大的弱测量放大效果。
上述基于量子弱测量的样品折射率和旋光谱测量分析方法，还可以在步骤(1)～(6)基础上，进一步包括：
(7)配制一系列不同浓度的标样，重复步骤(1)～(6)，获得一系列标样的反射光束质心横移距离-折射率变化曲线以及折射光束质心横移距离-旋光角变化曲线；
(8)按照步骤(1)测量待测样品的反射光束质心横移距离和反射光束质心横移距离，再根据步骤(7)获得的反射光束质心横移距离-折射率变化曲线以及折射光束质心横移距离-旋光角变化曲线，便可得出待测样品的浓度、折射率及旋光角，待测样品在不同波长下的旋光角构成旋光谱。
在建立反射光束质心横移距离-折射率变化曲线以及折射光束质心横移距离-旋光角变化曲线基础上，对于较低浓度溶液，只需要通过光学测量仪器对待测溶液进行测试，记录反射光束质心横移距离和折射光束质心横移距离，便可精确获得溶液折射率、旋光谱以及溶液浓度，从而实现对低浓度溶液浓度及光学性能的高精度测量，并提高了测量效率。
本发明进一步提供了一种基于量子弱测量的手性分子对映体含量测量分析方法，采用上述的基于量子弱测量的光学测量仪，所述样品为含有手性分子的物质的溶液，步骤如下：
(1)由光发生装置发出的光经偏振态制备器、棱镜入射到样品入射界面产生反射光束和折射光束，反射光束经第一偏振态选择器由第一光接收装置接收，折射光束经第二偏振态选择器由第二光接收装置接收；通过第一光接收装置记录反射光束质心横移距离，将其作为反射光束光子自旋分裂值<yr>；通过第二光接收装置记录折射光束质心横移距离，将其作为折射光束光子自旋分裂值<yt>；
(2)依据步骤(1)得的反射光束光子自旋分裂值<yr>，折射光束光子自旋分裂值<yt>，含有手性分子的物质的溶液中与左旋物质旋光谱和折射率属性相关比例k1、k3，含有手性分子的物质的溶液中与右旋物质旋光谱和折射率属性相关比例k2、k4，按照如下公式(ix)和(x)联立计算得出溶液中左旋物质含量x和右旋物质含量y：
k1x-k2y＝<yt>(ix)
k3x+k4y＝<yr>(x)
所述k1为单一左旋物质存在时，折射光束光子自旋分裂值随含有单一左旋物质溶液浓度或旋光角的变化系数；所述k2为单一右旋物质存在时，折射光束光子自旋分裂值随含有单一右旋物质溶液浓度或旋光角的变化系数；所述k3为单一左旋物质存在时，反射光束光子自旋分裂值随含有单一左旋物质溶液浓度或折射率的变化系数；所述k4为单一右旋物质存在时，反射光束光子自旋分裂值随含有单一右旋物质溶液浓度或折射率的变化系数。
上述基于量子弱测量的手性分子对映体含量测定方法，所述含有单一左旋物质或单一右旋物质的溶液旋光角和折射率通过前面给出的基于量子弱测量的样品折射率和旋光谱测量分析方法得到，具体为首先配制一系列不同浓度的含有单一左旋物质的溶液标样，按照基于量子弱测量的样品折射率和旋光谱测量分析方法步骤(1)～(6)测量不同浓度标样的折射率和在指定波长下的旋光角，然后依据不同浓度条件下的反射光束质心横移距离(或折射光束质心横移距离)和折射率(旋光角)，获得一系列标样的反射光束质心横移距离-折射率变化曲线(或折射光束质心横移距离-旋光角变化曲线)，反射光束质心横移距离-折射率变化曲线(或折射光束质心横移距离-旋光角变化曲线)斜率即为系数k3(或k1)；对于含有单一右旋物质溶液，其操作步骤相同，最终得到的反射光束质心横移距离-折射率变化曲线(或折射光束质心横移距离-旋光角变化曲线)斜率即为系数k4(或k2)。
目前现有技术中，样品光学性能(例如折射率、旋光谱等)主要是通过宏观测量分析得到，而对于信号微弱的手征光信号(只有非手性背景吸收信号的10-6～10-4量级)，直接测量比较困难，且精度较低，更无法获取含有手性分子物质(例如手性药物)中手性分子对映体的含量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明基于量子弱测量技术，在测量光路中，以入射光路中的前选择量子态与反射光路中的第一后选择量子态之间构造第一量子弱测量光路，通过调整入射光束和反射光束偏振态，可以使反射光束自旋分裂值扩大至少103倍，从而实现对样品折射极小改变的测量，为研制高灵敏度折射率传感器提供了很好的研发思路，具有良好的应用前景；
2、本发明基于量子弱测量技术，在测量光路中，以入射光路中的前选择量子态与折射光路中的第二后选择量子态之间构造第二量子弱测量光路，通过调整入射光束和折射光束偏振态，可以使折射光束自旋分裂值扩大至少103倍，从而实现对样品微弱手征光信号(例如旋光角)的测量，可作为光学高精度偏振态测量手段，具有良好的应用前景；
3、本发明不仅可以同时实现对样品折射率和手征光信号(例如旋光角)的测量，还可以依据含有手性分子物质的溶液中左旋物质、右旋物质含量与折射率和旋光谱相关性以及溶液折射率和旋光谱变化所引起的自旋分裂来测定溶液中手性分子对映体含量，从而突破本领域中手性化学分析的瓶颈；
4、本发明提供的量子弱测量技术是一种新型的无损的直接量子态测量技术，专注于可观测物理量(例如光子自旋)本身引起的量子态改变，而对外界的干扰不敏感，使其在测量过程中引入的扰动非常小，实现手性药物在其自然状态(溶液环境)下高精度、高灵敏度的测量，有望在单分子层面实现对手性药物的分析；
5、本发明在药物分析及药物开发领域将发挥重要作用，在生物医学工程、生命科学、分析化学等多个学科领域也具有重要应用价值。
附图说明
图1为本发明基于量子弱测量的光学测量仪结构示意图；其中，1、光发生装置，11、光源发生器，12、能量调节器，13、第一光束变换器，2、偏振态制备器，3、棱镜，4、样品，5、第一偏振态选择器，6、第一光接收装置，61、第二光束变换器，62、第一光电探测器，7、第二偏振态选择器，8、第二光接收装置，81、第三光束变换器，82、第二光电探测器。
图2为本发明入射光束在棱镜与样品表面经多次界面反射、折射的光路原理图。
图3为入射光束和反射光束质心横移距离随含有手性分子物质的溶液浓度或折射率与旋光角变化曲线示意图，其中(a)为单一葡萄糖溶液时，折射光束质心横移距离随葡萄糖溶液浓度或旋光角变化曲线示意图，(b)为单一葡萄糖溶液时，反射光束质心横移距离随葡萄糖溶液浓度或折射率系数变化曲线示意图，(c)为单一果糖溶液时，折射光束质心横移距离随果糖溶液浓度或旋光角变化曲线示意图，(d)为单一果糖溶液时，反射光束质心横移距离随果糖溶液浓度或折射率变化曲线示意图。
图4为葡萄糖和果糖混合溶液旋光角随折射光束质心横移距离变化曲线(a)和葡萄糖和果糖混合溶液折射率系数随反射光束质心横移距离变化曲线(b)示意图。
具体实施方式
以下将结合附图给出本发明实施例，并通过实施例对本发明的技术方案进行进一步的清楚、完整说明。显然，所述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围
实施例1
本实施例提供的基于量子弱测量的光学测量仪，结构如图1所示，该仪器包括光发生装置1、偏振态制备器2、棱镜3、样品4、第一偏振态选择器5、第二偏振态选择器7、第一光接收装置6、第二光接收装置8。所述光发生装置1由光源发生器11、能量调节器12和第一光束变换器13组合而成，其中光源发生器11为准直激光器，能量调节器12为二分之一波片，第一光束变换器13为凸透镜。所述偏振态制备器2为格兰激光偏振棱镜，用于构造合适的量子态。所述棱镜3为直角三棱镜，用于在待测溶液表面以布鲁斯特角入射。所述样品4为待测葡萄糖和果糖的混合溶液，该混合液盛放于玻璃容器中，玻璃容器的形状用于保证最终折射光束垂直或接近垂直于出射面，棱镜3的一个侧面与盛放样品4的玻璃容器相贴合。所述第一偏振态选择器5和第二偏振态选择器7均由相位补偿器和格兰激光偏振棱镜组合而成，用于构造合适的量子态。所述第一光接收装置6由第二光束变换器61和第一光探测器62组合而成，第二光接收装置8由第三光束变换器81和第二光探测器82而成，第一光探测器62和第二光探测器82均为用于探测弱的光强度信号的电荷耦合元件ccd，第二光束变换器61和第三光束变换器81均为凸透镜，第二光束变换器61的焦距大于第一光束变换器13的焦距，第一光束变换器13与第二光束变换器61构成共焦系统，第三光束变换器81的焦距大于第一光束变换器13的焦距，第一光束变换器13与第三光束变换器81构成共焦系统。
上述基于量子弱测量的光学测量仪工作原理为：由光源发生器11发出的激光依次经能量调节器12、第一光束转换器13、偏振态制备器2、棱镜3以布鲁斯特角入射到样品4的光入射面，产生反射光束和折射光束，从棱镜反射出的反射光束依次经第一偏振态选择器5、第二光束变换器61由第一光探测器62接收，透过样品、从样品出射面发出的折射光束依次经第二偏振态选择器7、第三光束变换器81由第二光探测器82接收。
入射到样品4光入射面的光束偏振态为前选择量子态，反射光束经第一偏振态选择器5后的光束偏振态为第一后选择量子态，折射光束经第二偏振态选择器7后的光束偏振态为第二后选择量子态；入射光路中的前选择量子态与反射光路中的第一后选择量子态之间构成实现样品折射率测量的第一量子弱测量光路部分，入射光路中的前选择量子态与折射光路中的第二后选择量子态之间构成实现样品旋光谱测量的第二量子弱测量光路部分；调整偏振态制备器2、第一偏振态选择器5和第二偏振态选择器7，从而使后选择量子态与前选择量子态接近垂直，夹角为90°±△’(△’不大于5°)。
实施例2
本实施例基于量子弱测量技术，采用实施例1提供的基于量子弱测量的光学测量仪，对上述葡萄糖和果糖混合溶液样品折射率和旋光谱进行测量分析，步骤如下：
(1)由光源发生器11发出的激光依次经能量调节器12、第一光束转换器13、偏振态制备器2、棱镜3以布鲁斯特角入射到样品4的光入射面，产生反射光束和折射光束，从棱镜反射出的反射光束依次经第一偏振态选择器5、第二光束变换器61由第一光探测器62接收，透过样品、从样品出射面发出的折射光束依次经第二偏振态选择器7、第三光束变换器81由第二光探测器82接收；通过第一光探测器62记录光强，读取反射光束质心横移距离，将其作为反射光束光子自旋分裂值<yr>；通过第二光探测器82记录光强，读取折射光束质心横移距离，将其作为折射光束光子自旋分裂值<yt>。
(2)根据如下公式(i)获得入射到样品光入射面的入射光束前选择量子态：
其中，
(3)根据如下公式(ii)获得反射光束经第一偏振态选择器后的第一后选择量子态以及折射光束经第二偏振态选择器后的第二后选择量子态：
其中，v＝r,t分别表示反射光路和折射光路，|ψv>为反射光束经第一偏振态选择器前或者折射光束经第二偏振态选择器前的量子态，
(4)从偏振态制备器2出射的光束入射经棱镜3入射到样品介质界面需要经过多次界面反射和折射，最终从棱镜出射界面和样品出射界面射出得到反射光束和折射光束，其过程如图2所示，入射到棱镜界面①的光束经折射进入棱镜到达样品介质界面②，光束在此发生折射和反射，反射光束到达棱镜出射界面⑤经折射形成光路2，折射光束到达样品介质出射界面③经折射进入玻璃容器介质到达其界面④并经折射形成光路1；形成的光路2和光路1即是最终的反射光束和折射光束，两者之间的偏振态满足|ψv>和|ψi>满足以下关系式：
其中
从光发生装置出射的光束经过棱镜及样品各个界面发生反射和折射，m＝1,2,3,4,5表示的是对应于入射角θm的界面；
(5)根据|ψfv>计算光子自旋分裂值<yv>：
(6)根据步骤(1)记录的<yr>和<yt>，联立(i)～(viii)计算得出样品折射率n和样品在指定波长下的旋光角δ，样品在不同波长下的旋光角构成旋光谱。
本实施例依次配制浓度为3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、7mg/ml、8mg/ml、9mg/ml的葡萄糖和果糖的混合溶液标样，根据步骤(1)～(6)获得每种浓度标样对应的反射光束质心横移距离、折射光束横移距离以及折射率和旋光角。为了便于说明本发明提供的折射率测量分析方法实现对样品折射极小改变的测量，本实施例中将获得的每种浓度标样的折射率减去去离子水折射率(n0＝1.33250)得到每种浓度标样相对于去离子水的折射率系数变化δn。每种浓度标样对应的折射率系数变化δn随反射光束质心横移距离以及旋光角随折射光束质心横移距离变化的实验结果见图4(a)和(b)所示。
利用所得每种浓度标样对应的反射光束质心横移距离及其相对于去离子水的相对折射率绘制出反射光束质心横移距离-折射率变化曲线，利用所得每种浓度标样对应的折射光束质心横移距离及其旋光角绘制出折射光束质心横移距离-旋光角变化曲线。在建立反射光束质心横移距离-折射率变化曲线以及折射光束质心横移距离-旋光角变化曲线基础上，对于未知浓度的葡萄糖和果糖混合溶液(待测样品)，可以先按照步骤(1)测量待测样品的反射光束质心横移距离<yr>和反射光束质心横移距离<yt>，再根据获得的反射光束质心横移距离-折射率变化曲线以及折射光束质心横移距离-旋光角变化曲线，便可得出待测样品的浓度、折射率及旋光角，待测样品在不同波长下的旋光角构成旋光谱。
实施例3
本实施例基于量子弱测量技术，采用实施例1提供的基于量子弱测量的光学测量仪，对上述葡萄糖和果糖混合溶液样品中左旋物质和右旋物质含量进行测量分析，步骤如下：
(1)分别配制一系列纯的葡萄糖溶液标样和果糖溶液标样，葡萄糖溶液标样浓度为1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、7mg/ml、8mg/ml、9mg/ml，果糖溶液标样浓度为1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、7mg/ml、8mg/ml、9mg/ml。
(2)按照实施例2中步骤(1)～(6)，获得每种浓度标样对应的反射光束质心横移距离、折射光束横移距离以及折射率和旋光角。为了便于说明本发明提供的折射率测量分析方法实现对样品折射极小改变的测量，本实施例中将获得的每种浓度标样的折射率减去去离子水折射率(n0＝1.33250)得到每种浓度标样相对于去离子水的折射率系数变化δn。利用所得每种浓度标样对应的折射光束质心横移距离及其旋光角绘制出折射光束质心横移距离-旋光角变化曲线【如图3(a)和(c)所示，(a)为葡萄糖，(c)为果糖】，利用所得每种浓度标样对应的反射光束质心横移距离及其相对于去离子水的折射率系数变化δn绘制出反射光束质心横移距离-折射率变化曲线【如图3(b)和(d)所示，(b)为葡萄糖，(d)为果糖】。图3(a)中折射光束光子自旋分裂值随葡萄糖溶液旋光角的变化系数(曲线斜率)为k1，图3(c)中折射光束光子自旋分裂值随果糖溶液旋光角的变化系数(曲线斜率)为k2，图3(b)中反射光束光子自旋分裂值随葡萄糖溶液折射率的变化系数(曲线斜率)为k3，图3(d)中反射光束光子自旋分裂值随果糖溶液折射率的变化系数(曲线斜率)为k4。
(3)对于葡萄糖和果糖混合溶液(待测样品1、2、3)；可以先按照实施例2的步骤(1)测量待测样品的反射光束质心横移距离<yr>和反射光束质心横移距离<yt>，然后结合步骤(2)得到的k1、k2、k3、k4根据公式k1x-k2y＝<yt>(ix)和k3x+k4y＝<yr>(x)计算得到待测样品中的左旋物质含量和右旋物质含量，结果见表1所示。
表1.混合溶液中葡萄糖和果糖含量的测定
注：待测样品1、2、3是提前用葡萄糖和果糖配制好的混合溶液，混合溶液中的葡萄糖和果糖浓度已知(即准备的葡萄糖和果糖浓度)，再通过本实施例提供的手性分子对映体含量测量分析方法对混合溶液中的葡萄糖和果糖溶液浓度(即测量的葡萄糖和果糖浓度)，从而对本实施例提供的手性分子对映体含量测量方法可行性得以印证。
从上述表格中可以看出，待测样品1-3测量得到的混合溶液中葡萄糖浓度和果糖浓度与配制时的葡萄糖浓度和果糖浓度十分接近，误差很小，因此采用本发明提供的基于弱测量的光学测量仪可以实现较低浓度混合溶液中左旋物质和右旋物质含量的测定，依次类推，也可以实现较低浓度溶液中手性分子对映体含量的测定。
此外，k1、k2、k3、k4确定以后，可以根据公式k1x-k2y＝<yt>(ix)和k3x+k4y＝<yr>(x)确定任一左旋物质含量x和右旋物质含量y对应的<yr>和<yt>，从而得到图4(a)和(b)中的反射光束质心横移距离-混合溶液浓度变化以及折射光束质心横移距离-混合溶液浓度变化的理论预测曲线(实线)，由于溶液浓度与折射率和旋光角是一一对应的，所以得到的也是反射光束质心横移距离-折射率变化以及折射光束质心横移距离-旋光角变化的理论预测曲线。从图中可以看出，实施例(2)中每种浓度标样对应的折射率系数变化δn随反射光束质心横移距离以及旋光角随折射光束质心横移距离变化的实验结果与理论预测曲线非常吻合，由此可以看出，本发明提供的基于量子弱测量的样品折射率和旋光谱测量分析方法可以实现对样品折射率极小改变以及样品微弱手征光信号(例如旋光角)的测量，可作为光学高精度偏振态测量手段，具有良好的应用前景。
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