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紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)物質(zhì)濃度的詳解
更新時(shí)間:2017-07-07 點(diǎn)擊次數(shù):10961

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)物質(zhì)濃度的詳解

 

許多化學(xué)物質(zhì)具有顏色,有些無(wú)顏色的化合物也可以與顯色劑作用,生成有色物質(zhì)。有色溶液的濃度越大,顏色越深;濃度越小,顏色越淺。因此,可以通過(guò)比較溶液顏色深淺的方法來(lái)確定有色溶液的濃度,對(duì)溶液中所含的物質(zhì)進(jìn)行定量分析?;诒容^顏色深淺對(duì)溶液進(jìn)行定量分析的方法稱為分光光度法/比色法。

 

溶液為什么會(huì)有顏色,顏色又為什么與濃度有關(guān)呢?

光的互補(bǔ)及有色物質(zhì)的顯色原理

1.光的波粒二象性

光是能的一種表現(xiàn)形式,是電磁波的一種。光在真空中以直線方式傳播,在不同的介質(zhì)處發(fā)生反射、折射、衍射、色散、干涉和偏振等現(xiàn)象??捎貌ㄩL(zhǎng)、頻率、傳播速度等參量來(lái)描述,即光具有"波動(dòng)性”。光的顏色即由光的波長(zhǎng)決定,人眼能感覺(jué)到的光稱為可見(jiàn)光,其波長(zhǎng)在400-750nm之間。在可見(jiàn)光之外是紅外光和紫外光。(一般紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的波長(zhǎng)范圍在190-1100nm之間都包含近紅外。)

同時(shí),光也具有‘粒子性’,光電效應(yīng)就是一個(gè)很好的例子。光的粒子性理論認(rèn)為,光是由“光子”(或稱“光量子”)所組成。在輻射能量時(shí),光是以一份一份的能量E的形式輻射的,同時(shí)光被吸收時(shí),能量也是一份一份被吸收的。這每一份能量的大小為HU。光子的能量與波長(zhǎng)的關(guān)系為E=HU=HC/λ式中E為光子的能量(J:焦耳),U為頻率,H為普朗克常數(shù)(6.63×10-34J.S,C為光速,λ為光的波長(zhǎng)

因此,不同波長(zhǎng)的光,其能量不同,短波能量大,長(zhǎng)波能量小。

光的顯色原理。

若把某兩種顏色的光,按一定的強(qiáng)度比例混合,能夠得到白色光,則這兩種顏色的光叫做互補(bǔ)色。處于直線關(guān)系的兩種光為互補(bǔ)色。如綠光和紫光為互補(bǔ)色,黃光和藍(lán)光為互補(bǔ)色。

各種溶液會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色,其原因是溶液中有色質(zhì)點(diǎn)(分子或離子)選擇性地吸收某種顏色的光。實(shí)驗(yàn)證明:溶液所呈現(xiàn)的顏色是其主要吸收光的互補(bǔ)色。如一束白光通過(guò)高錳酸鉀溶液時(shí),綠光大部分被選擇吸收,其他的光透過(guò)溶液。透過(guò)光中只剩下紫色光,所以高錳酸鉀溶液呈紫色。

 

溶液顏色的深淺與濃度之間的關(guān)系可以用吸收定律來(lái)描述。它是由朗博定律和比爾定律相結(jié)合而成的,所以叫郎伯比爾定律。原子吸收分光光度計(jì)也符合這個(gè)定律。

 

溶液對(duì)光的吸收,當(dāng)一束強(qiáng)度為I的平行單色光照到溶液時(shí),一部分光被溶液吸收,一部分光被界面散射,其余的光則透過(guò)溶液。

I0=Ia+Ir+It

Io 入射光強(qiáng)度Ia吸收光強(qiáng)度 Ir反射光強(qiáng)度 It透射光強(qiáng)度

通常由于Ir很小可忽略不計(jì),上式可簡(jiǎn)化為Io=Ia+It

透射光It與入射光強(qiáng)度Io之比為透過(guò)率或透光度,用T表示:

T=It/Ia

透光率的負(fù)對(duì)數(shù)稱為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,表示該物質(zhì)對(duì)光的吸收越強(qiáng)。

透光度和吸光度都是用于表示入射光被吸收的程度,它們之間可據(jù)式相互換算。

實(shí)驗(yàn)證明,單色光經(jīng)過(guò)有色溶液時(shí),透過(guò)溶液的光強(qiáng)度不僅與溶液的濃度有關(guān),而且還與溶液的厚度以及溶液本身對(duì)光的吸收性能有關(guān)。其規(guī)律可用下式表示為

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)系數(shù);

C-溶液的濃度;

L-光程,即溶液的厚度。

消光系數(shù)K是一個(gè)常數(shù)。一種有色溶液對(duì)于一定波長(zhǎng)(單色光)的入射光的K值具有一定的數(shù)值。若溶液的濃度以摩爾/升表示,溶液厚度以厘米表示,則此時(shí)的K值稱為摩爾消光系數(shù)。摩爾消光系數(shù)是有色化合物的重要特性之一

,根據(jù)這個(gè)數(shù)值的大小,可以估計(jì)顯色反應(yīng)的靈敏程度。

從上式可以看出,當(dāng)KL不變時(shí),光密度E與溶液濃度C成正比關(guān)系,也可以說(shuō),當(dāng)一束單色入射光經(jīng)過(guò)有色溶液且入射光、消光系數(shù)和溶液厚度不變時(shí),吸光度A是隨著溶液濃度而變化的。

這種單色光與有色溶液的關(guān)系成為郎伯比爾定律。光電比色計(jì)和分光光度計(jì)的比色分析方法就是根據(jù)這一定律來(lái)進(jìn)行的。但是,郎伯比爾定律只適用于單色光和低濃度的有色溶液。

郎伯比爾定律的應(yīng)用

等吸光度法

從郎伯比爾定律可知,當(dāng)用同一光源照射同一物質(zhì)的不同濃度溶液時(shí),若吸光度相等,則兩溶液各自的濃度和透光液層厚度的乘積也相等。利用此關(guān)系在可見(jiàn)光區(qū)用眼作檢測(cè)器,即可求出待測(cè)溶液的濃度。

計(jì)算法

根據(jù)被測(cè)溶液濃度的大致范圍,先配制一已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。用同樣的方法處理標(biāo)準(zhǔn)溶液與被測(cè)溶液,使其成色后,在同樣的試驗(yàn)條件下用同一臺(tái)儀器分別測(cè)定它們的吸光度。

在標(biāo)準(zhǔn)溶液中:As=KsCsLs

在待測(cè)溶液中:Ax=KxCxLx

如果測(cè)定時(shí)選用相同厚度的比色皿使L相等,并使用同一波長(zhǎng)的單色光,保持溫度相同,則K也相等。將兩式相除可得。

AS/AX=CS/CX

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