1.比色計的概念
比色計與光度計的概念不同,比色計是一種化學分析儀器。利用光線
分別透過標準溶液(或玻片)和試樣溶液而進行比較顏色強度的儀器。用于比色分析。一般分為目視比色計和光電比色計,而光度計是屬于后者。
2.比色計和光度計的比較
比色計是光度計中的一種,專門比色用. 光度計除比色外還可作其他應用.
比色計特指可見光比色分析的檢測儀器;光度計可涵蓋紫外;可見;紅外多個譜區。
區別主要有兩點:1.單色器:比色計采用濾光片濾除其他的雜光,光線的純度低,精度差;分光光度計采用分光系統(光柵或菱鏡)獲取單色光,光線的純度高,精度好。2.比色計一般用于可見光,只有幾塊濾光片,使用范圍狹窄;分光光度計可在儀器工作波長范圍之內任意選取所需波長
比色計簡單,便宜,測定方便,就是結果精度不高,主要用于界限測定等方面;
光度計精密,貴重,測定結果精確。
兩種設備適用范圍不一樣,當然比色計能做的光度計都能做,只是要看用在什么方面,有沒有這個必要。
3.比色計原理
比色計原理
當單色光通過厚度相同,而濃度很小的溶液時,根據朗伯—比爾定律,光被溶液吸收的程度,稱為吸收度,與溶液的濃度成正比,與溶液的厚度成正比,即A=εCL,式中:A為吸收度,C為溶液的濃度,L為溶液的厚度,ε為消光系數。
由朗伯—比爾定律得,當一束單色光通過一溶液時,由于溶液吸收一部分光能,使光的強度減弱。若溶液的濃度(或厚度)不變,則溶液的厚度(濃度)愈大,光線強度的減弱也愈明顯。
用同樣的方法配制的標準溶液和待測溶液,其濃度分別為C1和C2,對同類溶液ε相同,當厚度也相同時則:
A1=εC1L
A2=εC2L
C2=(A2/A1)*C1
式中A1,A2可由羅維朋比色計直接讀出,C1為標準溶液的已知濃度,據此可算出待測溶液的濃度。
朗伯—比爾定律
許多化學物質的溶液具有顏色(無色的化合物也可以加顯色劑經反應生成有色物質),當有色溶液的溶度改變時,顏色的深淺也隨之改變,濃度愈大,顏色愈深。因此,可以用比較溶液顏色深淺的方法來測定有色溶液的濃度。這種方法叫做比色分析法。
一、 朗伯—比爾定律
當一束單色光通過有色溶液時,入射光線的一部分被器皿反射回來,一部分被溶液吸收,另一部分則透過溶液,如圖所示。它們之間有以下關系:
Io=Ia+Ir+It 1-1
式中:Io—入射光強度,Ia—吸收光強度,Ir—反射光強度,It—透過光強度
由于在實際測定時,所用的比色皿都是同質料用規格的。反射光的強度為一定值,不會引起測量誤差,所以反射光的影響可以不加考慮。則上式可簡化為:
Io=Ia+It 1-2
從式1-2可知:當入射光強度Io為一定時,被吸收光強度Ia愈大,則透過光強度It愈小。也就是說:光強度的減弱僅與有色溶液對光線的吸收有關。
那么,溶液對光線的吸收與哪些因素有關呢?實驗證明:溶液的濃度C愈大,液層厚度L愈厚(即光線在溶液中所經過的路程愈長),則溶液對光線吸收的愈多。它們之間的關系有下式決定:
lg = KCL 1-3
這個公式就是朗伯—比爾(Lambert---Beer)定律。
公式中的K稱為吸光系數,它表示有色溶液在單位濃度和單位厚度時的吸光度。在入射光的波長、溶液種類和溫度一定的條件下,K為定值。吸光系數是有色化合物的重要特性之一,在比色分析中有著重要的意義。K值愈大,表示該物質對光的吸收能力愈強,濃度改變時引起吸光度的改變愈顯著,因此比色測定時靈敏度愈高。
朗伯-比爾定律即有色溶液對一定強度光的吸收程度,與液層厚度和溶液中有色物質濃度的乘積成正比。其中朗伯定律說明吸收光與厚度間的關系;比爾定律說明吸收光與濃度間的關系。
朗伯—比爾定律在光電比色計中的應用
假定有兩種有色溶液,其中一種是已知濃度的標準溶液,另一種是待測溶液。根據公式:
在標準溶液中:As=KsCsLs 1-4
在待測溶液中:Ax=kxCxLx 1-5
將式1-4除以式1-5可得:
= 1-6
如果上述兩種溶液的液層厚度相等、溫度相同而且是同一種物質的兩種不同濃度的溶液,測定時所選用的單色光的波長亦相同,則有:
Ls=Lx、Ks=Kx ,代入式1-6可得:
= 1-7
由此可見,在上述條件下,吸光度與濃度成正比。這一關系式就是光電比色計的設計依據,也是比色分析的基本計算公式之一。式中標準溶液的濃度Cs為已知,As和Ax可用光電比色計測量出來,則待測溶液的濃度Cx即可求出:
Cx = × Cs 1-8
由于在實際測定時,標準溶液和待測溶液都要加以稀釋,而且在報告結果時,多以100毫升(或1000毫升)中的含量來表示。因此,在實際計算時,就需要在上式中乘上稀釋因數。
求待測溶液濃度的方法有:直接比較法(計算法)、因數法和標準曲線法三種。這些方法在“生物化學及生物化學檢驗技術"課程中有介紹。
波長的選擇:
由于有色溶液對光的吸收具有選擇性,因此進行比色測定時,濾光片必須加以選擇,否則靈敏度很低,導致測量結果不準確。選擇濾光的一般原則是:濾光片最大透過的光線應該是溶液最大吸收的光線。從顏色上看,濾光片的顏色與待測溶液的顏色應為“互補色"。
什么叫做互補色呢?凡是兩種顏色相加后能得到白色,則此兩種顏色就稱為“互補色",圖中直接相對的兩種顏色,均為互補色。
為什么選擇濾光片時,要使濾光片的顏色與待測溶液的顏色為互補色呢?這是因為濾光片和有色溶液具有相似的透光特性,與它們本身顏色相同的色光,能夠最大限度地透過。而與它們本身顏色成互補的色光都能被最大地吸收。