光電比色法
同修 / 2022-07-11
光電比色法
一、工作原理
利用光電效應(yīng)測量通過有色溶液后透過光的強度，求得被測物質(zhì)含量的方法稱為光電比色法。
光電比色法的基本原理是當(dāng)混合光通過濾光片或棱鏡后，得到近似的單色光。讓單色光通過有色溶液，然后再投射到光電池上，光電池受光而放出電子，產(chǎn)生的電流與光的強度成正比，在檢流計上可以直接讀出相應(yīng)的吸光度。
二、光電比色計的構(gòu)造
光電比色計的種類很多，但任何光電比色計都是由光源、濾光片、比色皿，光電池或光電管及檢流計五部分組成。下面簡單介紹它們的作用。
1.光源
最常用的是6~12伏的鎢絲燈泡，以蓄電池或變壓器為電源。為獲得較準確的測量結(jié)果，必須保持電源的電壓不變。為此一般光電比色計都附有穩(wěn)壓裝置。鎢絲燈發(fā)出的光波長在400～1100nm之間，因此適于可見光和近紅外光區(qū)的測量。
2.濾光片
濾光片的作用就在于除去那些不被有色溶液吸收的光，而使有色溶液吸收最大的那部分的光通過。因此濾光片的作用就是為獲得適當(dāng)波長的單色光。
選擇濾光片的原則是濾光片的顏色應(yīng)與溶液的顏色為互補色。圖13-1，表13-2可作為選擇濾光片的參考。例如KMnO4裕液呈紫紅色，表示它選擇性的吸收綠色光，因此應(yīng)當(dāng)選擇綠色濾光片。這樣當(dāng)入射光經(jīng)過綠色濾光片時紫紅色光被濾光片吸收，透過濾光片的光線就是KMnO4溶液最易吸收的綠色光。濾光片上都標記著該濾光片的波長數(shù)值(以nm為單位)。如濾光片上標記420nm即表示這塊濾光片為紫色的，而且只能通過紫色光，其它色光能被紫色濾光片吸收。
3.比色皿
比色皿是由無色透明，能耐腐蝕的玻璃制成的。比色皿是放置比色溶液的，在使用時溶液的厚度是固定的，因此如果同時使用幾個比色皿它們的厚度必須相同。一般比色計都配有不同厚度(0.5厘米、1厘米、2厘米、3厘米，和5厘米)的比色皿，以供選用。
4.光電池
光電池種類很多，但在一般比色計中，以硒光電池應(yīng)用最廣泛。硒光電池如圖13-6所示，是由三層物質(zhì)構(gòu)成的圓形或長方形體并裝在塑料盒內(nèi)，上面敞開使光線能照到它的表面。表層是導(dǎo)電性能良好的可透光金屬(如金、鉑、銀或鎘等)薄膜，中層是具有光電效應(yīng)的半導(dǎo)體材料硒，底層是鐵或鋁片。當(dāng)光線照射到光電池上時，就有電子從半導(dǎo)體硒表面逸出。在硒光電池中電子跑向半透明金屬膜中使它帶負電，成為光電池的負極，硒層失去了電子后顯正電，因而使鐵片帶正電成為光電池的正極。由于硒半導(dǎo)體使電子只能向一個方向流動而不能向相反的方向流動。這樣鐵片與半透明金屬薄膜之間就產(chǎn)生了電位差，線路接通后就能產(chǎn)生光電流。所產(chǎn)生的光電流的大小與照射光強度成正比。
根據(jù)光電流大小就可以測量出透過有色溶液光線的強度It值。
光電池受強光照射或連續(xù)使用時間過長，會產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，使測定結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，要注意保護。光電池受潮后也會影響光電效應(yīng)，要注意及時更換干燥劑。光電池對不同波長的光線有不同的靈敏度。它對綠色特別敏感，而對紅外線和紫外線無光電效應(yīng)。
5.檢流計
在光電比色計中，常采用懸鏡式檢流計，它的靈敏度較高，約為10-9安培/格。檢流計的靈敏度可用粗調(diào)節(jié)器(并聯(lián)電阻)和細調(diào)節(jié)器(串聯(lián)電阻)進行調(diào)節(jié)。這種高靈敏度檢流計是精密設(shè)備，較大的震動或強電流通過，都會引起懸鏡突然偏轉(zhuǎn)，使檢流計損壞。因此，當(dāng)儀器不使用時必須將檢流計開關(guān)指向零位，使其短路。
在檢流計標尺上，有透光率T%和吸光度A兩種刻度，由光亮點移動距離可以直接讀出其數(shù)值。透光率刻度是等分的，而吸光度的刻度是間隔不均勻的。透光率與吸光度是對數(shù)笑系。圖13-7為吸光度與透光率的關(guān)系。
圖 13-7吸光度A與透光率T%的關(guān)系
根據(jù)透光率T=I/I0 如果把入射光強度I0當(dāng)作100光強單位，透過光強度當(dāng)作100光強單位中的一部分，這一數(shù)值即為百分透光度，亦稱為百分透光率，用符號T%表示。
I/I0×100=T%
I0/I=100/T%
logIo/I =log100/T%=2-IogT%
或 A=2-IogT%
例如 當(dāng)T%=10時 A=2-log10=1.0
當(dāng)T%=50時 A=2-Iog50=0.301
根據(jù)朗伯-比耳定律，在一定條件下，溶液的吸光度與其
濃度成正比，故一般都讀取吸光度。
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