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紫外可见分光光度计测物质浓度的详解
时间:2017-07-07 点击次数:2028

紫外可见分光光度计测物质浓度的详解

 

许多化学物质具有颜色,有些无颜色的化合物也可以与显色剂作用,生成有色物质。有色溶液的浓度越大,颜色越深;浓度越小,颜色越浅。因此,可以通过比较溶液颜色深浅的方法来确定有色溶液的浓度,对溶液中所含的物质进行定量分析。基于比较颜色深浅对溶液进行定量分析的方法称为分光光度法/比色法。

 

溶液为什么会有颜色,颜色又为什么与浓度有关呢?

光的互补及有色物质的显色原理

1.光的波粒二象性

光是能的一种表现形式,是电磁波的一种。光在真空中以直线方式传播,在不同的介质处发生反射、折射、衍射、色散、干涉和偏振等现象。可用波长、频率、传播速度等参量来描述,即光具有"波动性”。光的颜色即由光的波长决定,人眼能感觉到的光称为可见光,其波长在400-750nm之间。在可见光之外是红外光和紫外光。(一般紫外可见分光光度计的波长范围在190-1100nm之间都包含近红外。)

同时,光也具有‘粒子性’,光电效应就是一个很好的例子。光的粒子性理论认为,光是由“光子”(或称“光量子”)所组成。在辐射能量时,光是以一份一份的能量E的形式辐射的,同时光被吸收时,能量也是一份一份被吸收的。这每一份能量的大小为HU。光子的能量与波长的关系为E=HU=HC/λ式中E为光子的能量(J:焦耳),U为频率,H为普朗克常数(6.63×10-34J.S,C为光速,λ为光的波长

因此,不同波长的光,其能量不同,短波能量大,长波能量小。

光的显色原理。

若把某两种颜色的光,按一定的强度比例混合,能够得到白色光,则这两种颜色的光叫做互补色。处于直线关系的两种光为互补色。如绿光和紫光为互补色,黄光和蓝光为互补色。

各种溶液会呈现不同的颜色,其原因是溶液中有色质点(分子或离子)选择性地吸收某种颜色的光。实验证明:溶液所呈现的颜色是其主要吸收光的互补色。如一束白光通过高锰酸钾溶液时,绿光大部分被选择吸收,其他的光透过溶液。透过光中只剩下紫色光,所以高锰酸钾溶液呈紫色。

 

溶液颜色的深浅与浓度之间的关系可以用吸收定律来描述。它是由朗博定律和比尔定律相结合而成的,所以叫郎伯比尔定律。原子吸收分光光度计也符合这个定律。

 

溶液对光的吸收,当一束强度为I的平行单色光照到溶液时,一部分光被溶液吸收,一部分光被界面散射,其余的光则透过溶液。

I0=Ia+Ir+It

Io 入射光强度Ia吸收光强度 Ir反射光强度 It透射光强度

通常由于Ir很小可忽略不计,上式可简化为Io=Ia+It

透射光It与入射光强度Io之比为透过率或透光度,用T表示:

T=It/Ia

透光率的负对数称为吸光度或光密度或消光度,用A表示:

A=-IgT=Ig1/T=IgIa/It

吸光度越大,表示该物质对光的吸收越强。

透光度和吸光度都是用于表示入射光被吸收的程度,它们之间可据式相互换算。

实验证明,单色光经过有色溶液时,透过溶液的光强度不仅与溶液的浓度有关,而且还与溶液的厚度以及溶液本身对光的吸收性能有关。其规律可用下式表示为

A=KCL

式中:AE-吸光度(或叫做光密度,也可用D表示);

K-某溶液的消光(吸收)系数;

C-溶液的浓度;

L-光程,即溶液的厚度。

消光系数K是一个常数。一种有色溶液对于一定波长(单色光)的入射光的K值具有一定的数值。若溶液的浓度以摩尔/升表示,溶液厚度以厘米表示,则此时的K值称为摩尔消光系数。摩尔消光系数是有色化合物的重要特性之一

,根据这个数值的大小,可以估计显色反应的灵敏程度。

从上式可以看出,当KL不变时,光密度E与溶液浓度C成正比关系,也可以说,当一束单色入射光经过有色溶液且入射光、消光系数和溶液厚度不变时,吸光度A是随着溶液浓度而变化的。

这种单色光与有色溶液的关系成为郎伯比尔定律。光电比色计和分光光度计的比色分析方法就是根据这一定律来进行的。但是,郎伯比尔定律只适用于单色光和低浓度的有色溶液。

郎伯比尔定律的应用

等吸光度法

从郎伯比尔定律可知,当用同一光源照射同一物质的不同浓度溶液时,若吸光度相等,则两溶液各自的浓度和透光液层厚度的乘积也相等。利用此关系在可见光区用眼作检测器,即可求出待测溶液的浓度。

计算法

根据被测溶液浓度的大致范围,先配制一已知浓度的标准溶液。用同样的方法处理标准溶液与被测溶液,使其成色后,在同样的试验条件下用同一台仪器分别测定它们的吸光度。

在标准溶液中:As=KsCsLs

在待测溶液中:Ax=KxCxLx

如果测定时选用相同厚度的比色皿使L相等,并使用同一波长的单色光,保持温度相同,则K也相等。将两式相除可得。

AS/AX=CS/CX

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