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比色分析的基本原理(朗伯-比尔定律,吸光度,消光度,吸光系数)
来源:医学全在线 更新:2007/8/31 字体:
( 关键词:比色分析,吸光光度法,光电比色法,分光光度法,朗伯-比尔定律,吸光度,消光度,吸光系数 )

比色分析是基于溶液对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法,又称吸光光度法。

  有色物质溶液的颜色与其浓度有关。溶液的浓度越大,颜色越深。利用光学比较溶液颜色的深度,可以测定溶液的浓度。

  根据吸收光的波长范围不同以及所使用的仪器精密程度,可分为光电比色法和分光光度法等。

  比色分析具有简单、快速、灵敏度高等特点,广泛应用于微量组分的测定。通常中测定含量在10-1~10-4mg·L-1的痕量组分。比色分析如同其他仪器分析一样,也具有相对误差较大(一般为1%~5%)的缺点。但对于微量组分测定来说,由于绝对误差很小,测定结果也是令人满意的。在现代仪器分析中,有60%左右采用或部分采用了这种分析方法。在医学学科中,比色分析也被广泛应用于药物分析、卫生分析、生化分析等方面。

  一、物质的颜色和光的关系

  光是一种电磁波。自然是由不同波长(400~700nm)的电磁波按一定比例组成的混合光,通过棱镜可分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色相连续的可见光谱。如把两种光以适当比例混合而产生白光感觉时,则这两种光的颜色互为补色。图8-1中处于同一直线关系的两种色光(如绿与紫、黄与蓝)互为补色。

  当白光通过溶液时,如果溶液对各种波长的光都不吸收,溶液就没有颜色。如果溶液吸收了其中一部分波长的光,则溶液就蜈现透过溶液后剩余部分光的颜色。例如,我们看到KMnO4溶液在白光下呈紫红色,就是因为白光透过溶液时,绿色光大部分被吸收,而其他各色都能透过。在透过的光中除紫红色外都能两两互补成白色,所以KMnO4溶液呈现紫红色。医学全.在线网.站.提供

  同理,CuSO4溶液能吸收黄色光,所以溶液呈蓝色。由此可见,有色溶液的颜色是被吸收光颜色的补色。吸收越多,则补色的颜色越深。比较溶液颜色的深度,实质上就是比较溶液对它所吸收光的吸收程度。表8-1列出了溶液的颜色与吸收光颜色的关系。

表8-1 溶液的颜色与吸收光颜色的关系

溶液颜色 绿 紫红 青蓝
吸收光 颜色 青蓝 青绿 绿
波长/nm 400~450 450~480 480~490 490~500 500~560 560~580 580~600 600~650 650~760

  二、朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律

  当一束平行单色光(只有一种波长的光)照射有色溶液时,光的一部分被吸收,一部分透过溶液(图8-2)。

图8-2 光吸收示意图

  设入射光的强度为I0,溶液的浓度为c,液层的厚度为b,透射光强度为I,则

  (8-1)

  式中lgI0/i 表示光线透过溶液时被吸收的程度,一般称为吸光度(A)或消光度(E)。因此,上式又可写为:

  A=Kcb(8-2)

  上式为朗伯-比尔定律的数学表示式。它表示一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。

  式中,K为吸光系数,当溶液浓度c和液层厚度b的数值均为1时,A=K,即吸光系数在数值上等于c和b均为1时溶液的吸光度。对于同一物质和一定波长的入射光而言,它是一个常数。

  比色法中常把称为透光度,用T表示,透光度和吸光度的关

  系如下:

   (8-3)

  当c以mol·L-1为单位时,吸光系数称为摩尔吸光系数,用ε表示,其单位是L·mol-1·cm-1。当c以质量体积浓度(g·ml-1)表示时,吸光系数称为百分吸光系数,用E1%1cm表示,单位是ml·g-1·cm-1。吸光系数越大,表示溶液对入射光越容易吸收,当c有微小变化时就可使A有较大的改变,故测定的灵敏度较高。一般ε值在103以上即可进行比色分析。

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