原理
當光束照射到物質上時,光與物質發生相互作用,產生反射、散射、吸收或透射。若被照射的是均勻溶液,光的散射可以忽略。
dangyishubaiguangtongguomouyiyouserongyeshi,yixiebochangdeguangbeirongyexishou,lingyixiebochangdeguangzetouguorongye。tousheguanghuofansheguangcijirenyanshirengandaoyansedecunzai。renbazishennengganjiaodaodeguangdingyiweikejianguang。zaikejianguangqu,butongbochangdeguangchengxianbutongdeyanse,yincirongyedeyanseyoutousheguangdebochangsuojueding。tousheguangyuxishouguangkezuchengbaiguang,guchengzheliangzhongguanghuweibuseguang,liangzhongyansehuweibuse。
當一束光照射到某物質或其溶液時,組成該物質的分子、原子或離子與光子發生“碰撞”,光子的能量就轉移到分子、原子或離子上,是這些粒子由最低能態(基態)躍遷到較高能態(激發態),這個作用稱為物質對光的吸收。
被激發的粒子約在10-8s後回到基態,並以熱或熒光等形式釋放出能量。分子、原子或離子具有不連續的量子化能級,僅當照射光光子的能量hυ,yubeizhaoshewuzhilizidejitaihejifatainengliangzhichaxiangdangshi,cainengfashengxishou。butongwuzhiweiliyouyujiegoubutongerjuyoubutongdeliangzihuanengji,qijitaihejifatainengliangchayebuxiangtong。suoyiwuzhiduiguangdexishoujuyouxuanzexing。
吸xi收shou曲qu線xian,也ye稱cheng為wei吸xi收shou光guang譜pu,描miao述shu了le物wu質zhi對dui不bu同tong波bo長chang的de光guang的de吸xi收shou能neng力li。將jiang不bu同tong波bo長chang的de光guang透tou過guo某mou一yi固gu定ding濃nong度du和he厚hou度du的de有you色se溶rong液ye,測ce量liang每mei一yi波bo長chang下xia有you色se溶rong液ye對dui光guang的de吸xi收shou程cheng度du(即吸光度),然後以波長為橫坐標,以吸光度為縱坐標作圖,繪製的曲線即為吸收曲線。
不(bu)同(tong)濃(nong)度(du)的(de)同(tong)一(yi)物(wu)質(zhi),在(zai)吸(xi)收(shou)峰(feng)附(fu)近(jin)的(de)吸(xi)光(guang)度(du)隨(sui)著(zhe)濃(nong)度(du)增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)大(da),但(dan)最(zui)大(da)吸(xi)收(shou)波(bo)長(chang)不(bu)變(bian)。若(ruo)在(zai)最(zui)大(da)吸(xi)收(shou)波(bo)長(chang)處(chu)測(ce)定(ding)吸(xi)光(guang)度(du),則(ze)靈(ling)敏(min)度(du)最(zui)高(gao)。因(yin)此(ci),吸(xi)收(shou)曲(qu)線(xian)是(shi)分(fen)光(guang)光(guang)度(du)法(fa)中(zhong)選(xuan)擇(ze)測(ce)定(ding)波(bo)長(chang)的(de)重(zhong)要(yao)依(yi)據(ju)。
即朗伯-比爾定律:
當一束平行單色光通過液層厚度為bdeyouserongyeshi,rongzhixishouleguangneng,guangdeqiangdujiuyaojianruo。rongyedenongduyueda,tongguodeyecenghouduyueda,rusheguangyueqiang,zeguangbeixishoudeyueduo,guangqiangdudejianruoyeyuexianzhu。gaidinglvshiziwaikejianfenguangguangdufadenggeleixiguangguangdufadingliangfenxideyiju,shiyoushiyanguanchadedaode,bujinshiyongyurongye,yeshiyongyuqitajunyunfeisanshedexiguangwuzhi。
A=lg(I/I0)=εbc
A-吸光度;
I0-入射光強度,cd;
I-透射光強度,cd;
ε-吸光係數,L/(mol˙cm);
b-液層厚度(光程長度),cm;
c-有色溶液的濃度,mol/L。
其物理意義為:當一束平行單色光通過單一均勻、非散射的吸光物質溶液時,溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。
式中ε是吸光物質在特定波長和溶劑的情況下的一個特征常數,數值上等於濃度為1mol/L的吸光物質在1cm光程中的吸光度。ε是吸光物質吸光能力的量度,ε值越大,方法的靈敏度越高。由實驗結果計算ε時,常以被測物質的總濃度代替吸光物質的濃度,實際上時表觀摩爾吸光係數。
T=I/I0
因此:A=lg(1/T)
主要部件
在測量吸光度時,要求光源發出所需波長範圍內的連續光譜,要具有足夠的光強度,並在一定時間內能保持穩定。
在可見光區測量時,通常使用鎢絲燈作為光源。鎢絲加熱到白熾狀態時會發出波長在320~2500nm之間的連續光譜。鎢絲燈工作溫度一般為2600~2870K,熔點為3680K。鎢絲燈的溫度決定於電源電壓,電源電壓的微小波動會引起鎢燈光強度的很大變化,因此必須使用穩壓電源。
在紫外區測量時,常采用氫燈或氘燈產生波長在180~375nm之zhi間jian的de連lian續xu光guang譜pu作zuo為wei光guang源yuan。其qi理li想xiang光guang源yuan應ying具ju有you覆fu蓋gai整zheng個ge紫zi外wai可ke見jian光guang區qu的de連lian續xu輻fu射she,強qiang度du應ying比bi較jiao高gao,且qie隨sui波bo長chang變bian化hua能neng量liang變bian化hua不bu大da,但dan在zai實shi際ji上shang難nan以yi實shi現xian。氘dao燈deng輻fu射she強qiang度du比bi氫qing燈deng高gao2~3倍,壽命也比較長。氙燈的強度一般高於氫燈,但欠穩定,波長範圍180~1000nm,常用作熒光分光光度計的激發光源。
單色器是將光源發射的複合光分解為單色光的裝置。
一般由5部分組成:入光狹縫、準光氣(一般由透鏡或凹麵反光鏡使入射光成為平行光束)、色散器、投影器(一般由一個透鏡或凹麵鏡將分光後的單色光投影至出光狹縫)、出光狹縫。
色散器是單色器的核心部分,常用的色散元件是棱鏡或光柵。
棱鏡由玻璃或石英製成,玻璃棱鏡色散能力強,但吸收紫外光,隻能用於350-820nm波長的分析測定,在紫外區必須用石英棱鏡。
光柵的特點是:色散均勻,呈線性,光度測量便於自動化,工作波段廣。
也稱為比色皿,是盛放樣品溶液的容器,具有兩個互相平行、透光且具有精確厚度的平麵。
玻璃吸收池光程長度一般為1cm,也有0.1-10cm的。
由於吸收池厚度存在一定誤差,其材質對光不是完全透明,在做定量分析時,對吸收池應做配套性試驗,試驗後標記出放置方向。
紫外光區數值不跳為石英。
檢測係統包括檢測器和記錄顯示裝置。
檢測器是一種光電轉換設備,將光強度轉變為電信號顯示出來。
常用的檢測器有光電池、光電倍增管和光二極管陣列檢測器等。
光電池的光電流較大,不用放大,用於初級的分光光度計上,疲勞效應嚴重。
光電倍增管利用二次電子發射來放大光電流,放大倍數可高達108倍,應用最為廣泛。
光二極管陣列檢測器由於全部波長同時被檢測,掃描速度快,可在0.1s內完成對190-800nm波長範圍的掃描。
記錄顯示裝置包括放大器和結果顯示裝置。70年代采用數字讀出裝置。現代在主機中裝備有微處理機或外接微型計算機,控製儀器操作和處理測量數據,裝有屏幕顯示、打印機和繪圖儀等。
測量條件的選擇
進行比色分析或光度分析時,首先要把待測組分轉變成有色化合物,然後進行比色或光度測定。
將待測組分轉變成有色化合物的反應叫顯色反應,與待測組分形成有色化合物的試劑稱為顯色劑。
顯色反應分兩類,即絡合反應和氧化還原反應,絡合反應是最主要的顯色反應。
選用的原則是:
選擇靈敏的顯色反應。摩爾吸光係數ε的大小是顯色反應靈敏度高低的重要標誌,因此應當選擇生成的有色物質的ε較大的顯色反應。一般來說,當ε為104-105時,可認為該反應靈敏度較高。
盡可能選擇選擇性好的顯色劑。即顯色劑僅與一個組分或少數幾個組分發生顯色反應。
吸xi光guang光guang度du法fa測ce定ding的de是shi顯xian色se反fan應ying達da到dao平ping衡heng後hou溶rong液ye的de吸xi光guang度du,因yin此ci要yao得de到dao準zhun確que的de結jie果guo,必bi須xu從cong研yan究jiu平ping衡heng著zhe手shou,了le解jie影ying響xiang顯xian色se反fan應ying的de因yin素su,控kong製zhi適shi當dang的de條tiao件jian,使shi顯xian色se反fan應ying完wan全quan和he穩wen定ding。
genjurongyepinghengyuanli,youseluohewudewendingchangshuyueda,xiansejiguoliangyueduo,yueyouliyudaicezufenxingchengyouseluohewu。danshiguoliangxiansejidejiaruyoushihuiyinqifufanying,duicedingfanerbuli。
幹擾的消除
光度分析中,共存離子如本身有顏色,或與顯色劑作用生成有色化合物,都將幹擾測定。
a.幹擾離子本身有顏色
b.幹gan擾rao離li子zi本ben身shen無wu顏yan色se,但dan能neng與yu顯xian色se劑ji反fan應ying生sheng成cheng穩wen定ding的de配pei合he物wu。若ruo生sheng成cheng的de配pei合he物wu有you色se則ze直zhi接jie幹gan擾rao測ce定ding,若ruo生sheng成cheng的de配pei合he物wu無wu色se,也ye降jiang低di了le顯xian色se劑ji的de濃nong度du,影ying響xiang被bei測ce離li子zi與yu顯xian色se劑ji的de反fan應ying,而er產chan生sheng誤wu差cha。
c.幹擾離子與被測離子反應生成配合物或沉澱,影響被測離子的測定。
a.控製溶液酸度。
b.加入掩蔽劑與幹擾離子形成更穩定的化合物,使幹擾離子不再產生幹擾。
c.裏用參比溶液消除某些有色幹擾離子的影響。
d.選擇適當的工作波長以消除幹擾。
e.采用適當的分離方法。
吸光度測量條件的選擇
應根據吸收光譜曲線,選擇溶液具有最大吸收時的波長作為入射光的波長。如顯色劑與鈷絡合物在420nm波長處均有最大吸收峰。如用此波長測定鈷,則未反應的顯色劑會造成幹擾而降低測定的準確度。因此必須選擇在500nm波長處測定,在此波長下顯色劑不發生吸收。而鈷絡合物則有一吸收平台。
(1)如果僅待測物與顯色劑的反應產物有吸收,可用純溶劑作參比溶液。
(2)如果顯色劑或其他試劑略有吸收,應用空白溶液(不加試樣的溶液)作參比溶液。
(3)如(ru)試(shi)樣(yang)中(zhong)其(qi)他(ta)組(zu)分(fen)有(you)吸(xi)收(shou),但(dan)不(bu)與(yu)顯(xian)色(se)劑(ji)反(fan)應(ying),則(ze)當(dang)顯(xian)色(se)劑(ji)無(wu)吸(xi)收(shou)時(shi),可(ke)用(yong)試(shi)樣(yang)溶(rong)液(ye)作(zuo)參(can)比(bi)溶(rong)液(ye),當(dang)顯(xian)色(se)劑(ji)略(lve)有(you)吸(xi)收(shou)時(shi),可(ke)在(zai)試(shi)液(ye)中(zhong)加(jia)入(ru)適(shi)當(dang)掩(yan)蔽(bi)劑(ji)將(jiang)待(dai)測(ce)組(zu)分(fen)掩(yan)蔽(bi)後(hou)再(zai)加(jia)顯(xian)色(se)劑(ji),以(yi)此(ci)溶(rong)液(ye)作(zuo)參(can)比(bi)溶(rong)液(ye)。
實踐證明,吸光度在0.2-0.5內時,測量的相對誤差最小。
可用兩種方法來調整被測溶液的吸光度:
(1)控製被測溶液的濃度。如改變取樣量,改變溶液的濃縮倍數或稀釋倍數。
(2)選擇不同的比色皿。吸光度小的溶液要用光程長的比色皿,吸光度大的溶液要用光程短的比色皿。
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