光是一種電磁波，光波的振動方向與光的前進方向垂直。如果讓光通過一個像柵欄一樣的尼科爾棱鏡(起偏鏡)就不是所有方向的光都能通過，而只有與棱鏡晶軸方向平行的光才能通過。這樣，透過棱晶的光就只能在一個方向上振動，像這種只在一個平面振動的光稱為平面偏振光，簡稱偏振光或偏光。
很多藥物具有光學活性，能使入射的平面偏振光旋轉，即射出的光線與入射的光線可形成一定的可測量的角度。某些晶體以及很多藥用液體或固體的溶液都具有這種特性。當某種液體或溶液中的溶質具有該特性時，一般是由于其結構中具有1個或多個不對稱中心所致，通常是具有4個不同取代基的碳原子。光學異構體的數量為2n，此處n為不對稱中心的數量。旋光測定法即測定藥物的旋光度，也許是區分光學異構體的唯一簡便的方法。因此，該方法是鑒別和純度檢查的一項重要指標。
許多有機化合物為手性物質，具有光學活性，即平面偏振光通過其液體或溶液時能引起旋光現象，使偏振光的平面向左或向右發生旋轉，偏轉的度數稱為旋光度。這種特性是由于物質分子中含有不對稱元素(通常為不對稱碳原子)所致。使偏振光向右旋轉者(順時針方向，朝光源觀測)稱為右旋物質，常以“十”號表示；使偏振光向左旋轉者則稱為左旋物質，常以“一”號表示(以前曾用符號d-和l-來分別表示右旋和左旋異構體，因容易與D-和L-混淆，目前已不再使用，而D-和L-只表示涉及與D-甘油醛相關的構型。符號R和S以及a和β也用來表征構型，即原子或原子組團在空間的排列)。影響物質旋光度的因素很多，除化合物的特性外，還與測定波長、偏振光通過的供試液濃度與液層的厚度以及測定時的溫度有關。當偏振光通過長1dm、每1 ml中含有旋光性物質1g的溶液，測定的旋光度稱為該物質的比旋度，以[a]tλ表示。t為測定時的溫度，A為測定波長。通常測定溫度為20℃，使用鈉光譜的D線(589.3nm)，表示為[a]D20。
比旋度為物質的物理常數，可用以檢查某些物質的光學活性和純雜程度。旋光度在一定條件下與濃度呈線性關系，故還可以用來測定含量。
一、旋光儀的基本結構
旋光儀又稱旋光計，是藥品檢驗工作中較早使用的儀器。歷史上，旋光度測定法是用一種靠肉眼評估分離區域強度以測量旋光度值的儀器來進行的。因此，最常用的是鈉燈在可見光區的D線(589nm)。在D線測定的比旋度用以下符號表示：[a]D25或[a]D20。
許多數據都是用這種形式表示的。因此，早期的圓盤式旋光儀由鈉光燈光源、起偏鏡、測定管、檢偏鏡、半影板調零裝置和支架組成(圖10-3)。起偏鏡是一組可以產生平面偏振光的晶體，稱為尼科爾棱鏡，用一種天然晶體如方解石按一定方法切割再用樹膠黏合而制成。現今則多采用在塑料膜上涂上某些具有光學活性的物質，使其產生偏振光。早期旋光儀用人眼觀測誤差較大，讀數精度為0.05o。20世紀80年代數顯自動指示旋光儀和投影自動指示旋光儀相繼出現，儀器的讀數精度也分別提高到了0.01o和0.005o《中國藥典》2015年版四部規定使用讀數精度達到0.01o的旋光儀。
圖10-3 常用旋光儀的基本結構圖
1．光源；2．過濾器；3.起偏器；4．樣品管；5．檢偏器；6．過濾器；7．檢測器
光源除使用鈉光燈外，已經發現使用較短的波長，如光電偏振計使用濾光片得到汞燈波長約為578、546、436、405和365nm處的最大透射率的單色光，能得到更高的靈敏度，從而可降低被測化合物的濃度。一般而言，與在589nm處測得的旋光度值相比，436nm處的測定值是其2倍，而365nm處的測定值是其3倍。有時可通過將被測物轉換成旋光度顯著較高的其他形式，來降低測量所需的溶液濃度。測量所用的溶劑也會影響旋光度值，故常明確規定溶劑。
圖10-4 鹵鎢燈源旋光儀結構示意圖
1．鹵素燈；2．垂直透鏡；3．起偏鏡；4．法拉第調節器；5．旋光管(樣品)；6．旋轉分析器(檢偏器); 7．光電角碼譯器；8.干涉濾光片；9．光接收器
現今也廣泛運用一些其他光源，如帶有適當濾光器的氙燈或鹵鎢燈(圖10-4)，與傳統光源相比，新的光源具有在成本、使用壽命、廣譜發射波長等方面的優勢。
二、操作方法
(一)比旋度的測定
1．開啟旋光儀鈉光燈啟動后至少20分鐘后發光才能穩定，測定或讀數時應在鈉光燈穩定后讀取。其他光源如汞燈、氙燈、鎢燈等，可按使用說明書進行操作。
2．空白測定純液體樣品測定時以干燥的空白測定管校正儀器零點，溶液樣品則用空白溶劑校正儀器零點。每次測定前應以溶劑作空白校正，測定后，再校正1次，以確定在測定時零點有無變動；如第2次測定時發現零點有變動，則應重新測定旋光度。
3．旋光度測定測定旋光度時，用供試液體或溶液(按各品種項下的規定制備)將測定管沖洗數次，緩緩注人供試液體或溶液適量，注意勿使發生氣泡，如有氣泡，應使其浮于測定管凸頸處；旋緊測試管螺帽，兩端的玻璃窗用濾紙與鏡頭紙擦拭于凈。將旋光管置于旋光計內檢測讀數，即得供試液的旋光度口使偏振光向右旋轉者(順時針方向)為右旋，以“＋”符號表示；使偏振光向左旋轉者(反時針方向)為左旋，以“一”符號表示。供試液與空白溶劑用同一測定管，每次測定應保持測定管方向、位置不變。旋光度讀數應重復3次，取其平均值，按下列公式計算比旋度。
式中，λ為使用光源的波長，如使用鈉光燈的D線可用D代替；t為測定溫度，℃;l為測定管的長度，dm;a為測得的旋光度；d為液體的相對密度；c為每100m1溶液中含有被測物質的重量，g(按干燥品或無水物計算)。
(二)含量的測定
按各品種項下的規定進行操作，配制2份供試品溶液做平行試驗，供試品溶液的濃度應盡量與要求的一致，其他同“比旋度的測定”。2份結果的相對偏差應在1％以內。
三、應用范圍
手性物質使平面偏振光產生旋轉的角度與其手性異構體相同但方向相反，除上述特性以及與其他手性物質進行反應的區別以外，手性異構體的物理化學屬性完全相同。因生物受體和酶本身都是手性的，對映體通常在藥理與毒理方面有著很大的差異。很多來源于自然界的物質，例如氨基酸、蛋白質、生物堿、抗體、糖苷、糖等，均以手性化合物的形式存在。使用非手性物質合成此類化合物導致等量的對映異構體，即外消旋體。外消旋體的旋光度凈值為零，其物理性質也可能與組成其的對映體不同。
1．用于手性物質及外消旋體的鑒別。
2．用于手性化合物的純度檢查。
3．用于旋光物質(如葡萄糖)的含量測定。