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紫外可見分光光度計測物質濃度的詳解

許多化學物質具有顏色，有些無顏色的化合物也可以與顯色劑作用，生成有色物質。有色溶液的濃度越大，顏色越深；濃度越小，顏色越淺。因此，可以通過比較溶液顏色深淺的方法來確定有色溶液的濃度，對溶液中所含的物質進行定量分析。基于比較顏色深淺對溶液進行定量分析的方法稱為分光光度法/比色法。

溶液為什么會有顏色，顏色又為什么與濃度有關呢？

光的互補及有色物質的顯色原理

1.光的波粒二象性

光是能的一種表現形式，是電磁波的一種。光在真空中以直線方式傳播，在不同的介質處發生反射、折射、衍射、色散、干涉和偏振等現象。可用波長、頻率、傳播速度等參量來描述，即光具有"波動性”。光的顏色即由光的波長決定，人眼能感覺到的光稱為可見光，其波長在400-750nm之間。在可見光之外是紅外光和紫外光。（一般紫外可見分光光度計的波長范圍在190-1100nm之間都包含近紅外。）

同時，光也具有‘粒子性’，光電效應就是一個很好的例子。光的粒子性理論認為，光是由“光子”（或稱“光量子”）所組成。在輻射能量時，光是以一份一份的能量E的形式輻射的，同時光被吸收時，能量也是一份一份被吸收的。這每一份能量的大小為HU。光子的能量與波長的關系為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（6.63×10-34J.S）,C為光速，λ為光的波長

因此，不同波長的光，其能量不同，短波能量大，長波能量小。

光的顯色原理。

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

各種溶液會呈現不同的顏色，其原因是溶液中有色質點（分子或離子）選擇性地吸收某種顏色的光。實驗證明：溶液所呈現的顏色是其主要吸收光的互補色。如一束白光通過高錳酸鉀溶液時，綠光大部分被選擇吸收，其他的光透過溶液。透過光中只剩下紫色光，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系可以用吸收定律來描述。它是由朗博定律和比爾定律相結合而成的，所以叫郎伯比爾定律。原子吸收分光光度計也符合這個定律。

溶液對光的吸收，當一束強度為I的平行單色光照到溶液時，一部分光被溶液吸收，一部分光被界面散射，其余的光則透過溶液。

I0=Ia+Ir+It

Io 入射光強度Ia吸收光強度 Ir反射光強度 It透射光強度

通常由于Ir很小可忽略不計，上式可簡化為Io=Ia+It

透射光It與入射光強度Io之比為透過率或透光度，用T表示:

T=It/Ia

透光率的負對數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，表示該物質對光的吸收越強。

透光度和吸光度都是用于表示入射光被吸收的程度，它們之間可據式相互換算。

實驗證明，單色光經過有色溶液時，透過溶液的光強度不僅與溶液的濃度有關，而且還與溶液的厚度以及溶液本身對光的吸收性能有關。其規律可用下式表示為

A=KCL

式中：A（E）-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；

C-溶液的濃度；

L-光程，即溶液的厚度。

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

，根據這個數值的大小，可以估計顯色反應的靈敏程度。

從上式可以看出，當K和L不變時，光密度E與溶液濃度C成正比關系，也可以說，當一束單色入射光經過有色溶液且入射光、消光系數和溶液厚度不變時，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系成為郎伯比爾定律。光電比色計和分光光度計的比色分析方法就是根據這一定律來進行的。但是，郎伯比爾定律只適用于單色光和低濃度的有色溶液。

郎伯比爾定律的應用

等吸光度法

從郎伯比爾定律可知，當用同一光源照射同一物質的不同濃度溶液時，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。利用此關系在可見光區用眼作檢測器，即可求出待測溶液的濃度。

計算法

根據被測溶液濃度的大致范圍，先配制一已知濃度的標準溶液。用同樣的方法處理標準溶液與被測溶液，使其成色后，在同樣的試驗條件下用同一臺儀器分別測定它們的吸光度。

在標準溶液中：As=KsCsLs

在待測溶液中：Ax=KxCxLx

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

AS/AX=CS/CX