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比色计的工作原理分析
  • 发布日期:2022-01-21     信息来源:      浏览次数:594
    •   当单色光通过厚度相同,而浓度很小的溶液时,根据朗伯—比尔定律,光被溶液吸收的程度,称为吸收度,与溶液的浓度成正比,与溶液的厚度成正比,即A=εCL,式中:A为吸收度,C为溶液的浓度,L为溶液的厚度,ε为消光系数。
       
        由朗伯—比尔定律得,当一束单色光通过一溶液时,由于溶液吸收一部分光能,使光的强度减弱。若溶液的浓度(或厚度)不变,则溶液的厚度(浓度)愈大,光线强度的减弱也愈明显。
       
        用同样的方法配制的标准溶液和待测溶液,其浓度分别为C1和C2,对同类溶液ε相同,当厚度也相同时则:
       
        A1=εC1L
       
        A2=εC2L
       
        C2=(A2/A1)*C1
       
        式中A1,A2可由罗维朋比色计直接读出,C1为标准溶液的已知浓度,据此可算出待测溶液的浓度。
       
        朗伯—比尔定律
       
        许多化学物质的溶液具有颜色(无色的化合物也可以加显色剂经反应生成有色物质),当有色溶液的溶度改变时,颜色的深浅也随之改变,浓度愈大,颜色愈深。因此,可以用比较溶液颜色深浅的方法来测定有色溶液的浓度。这种方法叫做比色分析法。
       
        一、 朗伯—比尔定律
       
        当一束单色光通过有色溶液时,入射光线的一部分被器皿反射回来,一部分被溶液吸收,另一部分则透过溶液,如图所示。它们之间有以下关系:
       
        Io=Ia+Ir+It      1-1
       
        式中:Io—入射光强度,Ia—吸收光强度,Ir—反射光强度,It—透过光强度
       
        由于在实际测定时,所用的比色皿都是同质料用规格的。反射光的强度为一定值,不会引起测量误差,所以反射光的影响可以不加考虑。则上式可简化为:
       
        Io=Ia+It        1-2
       
        从式1-2可知:当入射光强度Io为一定时,被吸收光强度Ia愈大,则透过光强度It愈小。也就是说:光强度的减弱仅与有色溶液对光线的吸收有关。
       
        那么,溶液对光线的吸收与哪些因素有关呢?实验证明:溶液的浓度C愈大,液层厚度L愈厚(即光线在溶液中所经过的路程愈长),则溶液对光线吸收的愈多。它们之间的关系有下式决定:
       
        lg = KCL      1-3
       
        这个公式就是朗伯—比尔(Lambert---Beer)定律。
       
        公式中的K称为吸光系数,它表示有色溶液在单位浓度和单位厚度时的吸光度。在入射光的波长、溶液种类和温度一定的条件下,K为定值。吸光系数是有色化合物的重要特性之一,在比色分析中有着重要的意义。K值愈大,表示该物质对光的吸收能力愈强,浓度改变时引起吸光度的改变愈显著,因此比色测定时灵敏度愈高。
       
        朗伯-比尔定律即有色溶液对一定强度光的吸收程度,与液层厚度和溶液中有色物质浓度的乘积成正比。其中朗伯定律说明吸收光与厚度间的关系;比尔定律说明吸收光与浓度间的关系。
       
        朗伯—比尔定律在光电比色计中的应用
       
        假定有两种有色溶液,其中一种是已知浓度的标准溶液,另一种是待测溶液。根据公式:
       
        在标准溶液中:As=KsCsLs 1-4
       
        在待测溶液中:Ax=kxCxLx 1-5
       
        将式1-4除以式1-5可得:
       
        = 1-6
       
        如果上述两种溶液的液层厚度相等、温度相同而且是同一种物质的两种不同浓度的溶液,测定时所选用的单色光的波长亦相同,则有:
       
        Ls=Lx、Ks=Kx ,代入式1-6可得:
       
        = 1-7
       
        由此可见,在上述条件下,吸光度与浓度成正比。这一关系式就是光电比色计的设计依据,也是比色分析的基本计算公式之一。式中标准溶液的浓度Cs为已知,As和Ax可用光电比色计测量出来,则待测溶液的浓度Cx即可求出:
       
        Cx = × Cs 1-8
       
        由于在实际测定时,标准溶液和待测溶液都要加以稀释,而且在报告结果时,多以100毫升(或1000毫升)中的含量来表示。因此,在实际计算时,就需要在上式中乘上稀释因数。
       
        求待测溶液浓度的方法有:直接比较法(计算法)、因数法和标准曲线法三种。这些方法在“生物化学及生物化学检验技术”课程中有介绍。
       
        波长的选择:
       
        由于有色溶液对光的吸收具有选择性,因此进行比色测定时,滤光片必须加以选择,否则灵敏度很低,导致测量结果不准确。选择滤光的一般原则是:滤光片最大透过的光线应该是溶液最大吸收的光线。从颜色上看,滤光片的颜色与待测溶液的颜色应为“互补色”。
       
        什么叫做互补色呢?凡是两种颜色相加后能得到白色,则此两种颜色就称为“互补色”,图中直接相对的两种颜色,均为互补色。
       
        为什么选择滤光片时,要使滤光片的颜色与待测溶液的颜色为互补色呢?这是因为滤光片和有色溶液具有相似的透光特性,与它们本身颜色相同的色光,能够最大限度地透过。而与它们本身颜色成互补的色光都能被最大地吸收。

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