利用光電比色分析儀器進(jìn)行某種成分的測(cè)定,是較現(xiàn)代的物理化學(xué)分析方法之一。比色分析具有靈敏、準(zhǔn)確、快速的優(yōu)點(diǎn)。比色濃度的下限可達(dá)每毫升10(-7次方)克,相對(duì)誤差通常在5%左右。比色分析比起重量法和容量法靈敏得多。
許多物質(zhì)溶液具有顏色,如高錳酸鉀的水溶液呈深紫色。當(dāng)這種有色物質(zhì)溶液的濃度改變時(shí),溶液顏色的深淺也就隨著改變。溶液愈濃,顏色愈深。因此,可以用比較溶液顏色深淺的方法來(lái)測(cè)定溶液中有色物質(zhì)含量。這種基于比較顏色深度的方法稱(chēng)為比色分析。
單色光能被有色溶液吸收,而各種有色溶液對(duì)某種單色光的吸收能力又決定于溶液的濃度。這樣,就可以以測(cè)定某種單色光被溶液吸收的程度,來(lái)計(jì)算溶液中物質(zhì)的含量。以此原理為基礎(chǔ)而產(chǎn)生了比色分析法。
當(dāng)一束單色光在射進(jìn)有色溶液后,再?gòu)挠猩芤褐型高^(guò)來(lái)的光,比原射入時(shí)的光強(qiáng)度減弱了。這說(shuō)明:有色溶液能吸收一部分光能(或消掉一部分光),而且當(dāng)溶液的厚度(即光線在溶液中所經(jīng)過(guò)的路程)不變,溶液的濃度越大,光線強(qiáng)度的降低就越顯著。
當(dāng)單色光在經(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),還與溶液的厚度以及溶液本身對(duì)光的吸收性能有關(guān)。即各種顏色的溶液對(duì)某種單色光的吸收率有其自己的常數(shù)。一般用下式表示:
T=I/I0
E=logI0/I=KCL
式中 T——透光率;
I0——入射光強(qiáng)度;
I——透過(guò)光強(qiáng)度;
E——消光值(或叫做光密度,也可用D表示);
K——某種溶液的吸收(消)光系數(shù);
C——溶液的濃度;
L——光徑,即溶液的厚度。
消光系數(shù)K是一常數(shù),某種有色溶液對(duì)于一定波長(zhǎng)(單色光)的入射光,具有一定數(shù)值。若溶液的濃度以克分子/升表示,溶液厚度以厘米表示,則此時(shí)的K值稱(chēng)為克分子消光系數(shù)(符號(hào)常以∑代表)??朔肿酉庀禂?shù)是有色化合物的重要特性,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)K和L不變時(shí),光密度D與溶液濃度C成正比關(guān)系。
由上述公式可知,一束單色入射光經(jīng)過(guò)有色溶液時(shí),其透光率與溶液濃度、溶液厚度成反比關(guān)系;而消光值與溶液濃度、溶液厚度成正比關(guān)系。
圖7-19所示意為一束單色光射入有色溶液的圖解。
以上所述單色光與有色溶液關(guān)系的論點(diǎn)就稱(chēng)為朗伯-比爾定律,或單稱(chēng)比爾定律。根據(jù)這個(gè)定律就產(chǎn)生了光電比色計(jì)和分光光度計(jì)的比色分析方法。
應(yīng)該注意,朗伯-比爾定律只能適用于單色光和低濃度的有色溶液。如果有色溶液的濃度太大,就可能不遵守朗伯-比爾定律。