分子吸收分光光度法在定量分析中的應(yīng)用

1、分子吸收分光光度法在定量分析中的應(yīng)用(基于上海元析光度計(jì))分子吸收分光光度法是一種常用的儀器分析方法，它是過(guò)通被測(cè)物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)光的選擇性吸收來(lái)進(jìn)行定性或定量分析。分子暖收分光光度法按光源波長(zhǎng)的不同可分為紅外吸收光譜部分與紫外和可見(jiàn)光部分。本文只敘述有關(guān)分子吸收分光光度法紫外和可見(jiàn)光部分(以下簡(jiǎn)稱分光法)在定量分析中的一些問(wèn)題。由于目前化學(xué)試劑標(biāo)準(zhǔn)中采用此法多用于定量分析， 所以本文就主要以化學(xué)試劑標(biāo)準(zhǔn)方法為唰進(jìn)行探討。1 分光法在化學(xué)試劑分析中的應(yīng)用簡(jiǎn)況品 名瓤試項(xiàng)目偶氨砷I含量，對(duì)鈾靈敏度偶氯砷皿對(duì)鈾靈敏度卜f2一吡啶餌氨j 2-萘酚對(duì)銅靈救度=苯氨基碌對(duì)鉻酸鹽靈敏崖錐菲羅囀鹽酸鹽對(duì)鐵靈敏

2、度苯駢威三酮對(duì)氨基醒靈教度間甲酚紫含量澳甲酚綠含量甲酚紅含量酚酞質(zhì)量吸收系數(shù)澳酚藍(lán)質(zhì)量吸收系數(shù)澳百里香酚藍(lán)質(zhì)量吸收系數(shù)百里香酚藍(lán)質(zhì)量吸收系數(shù)d (2一毗啶偶氰】一間苯二酚對(duì)鈷夏敏度船菲羅啉對(duì)鏈靈敏度以及草酸鹽、鋁、砷、鐵、羧基化合物、磷酸鹽、硅酸鹽等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定通則。從以上粗略統(tǒng)計(jì)看分光法在化學(xué)試劑分析領(lǐng)域中應(yīng)用面還不算太廣， 但隨著分光光度計(jì)儀器本身的不斷改進(jìn)以及測(cè)試方法的不斷研究， 尤其是分光光度計(jì)與計(jì)算機(jī)的聯(lián)用將使分光法的應(yīng)用有比較廣闊的發(fā)展前景。2 在分光法定量測(cè)試中應(yīng)該注意的問(wèn)題21分光法測(cè)試的依據(jù)一 朗伯一比爾定律中的幾個(gè)因素211分光法測(cè)試的基本原理是朗伯一比爾定律。它的公式為：

3、式中I A 吸光度：· 入射光通量，透射光通量，一一吸收系數(shù)|b 一一光路長(zhǎng)度，c 溶液中待測(cè)物質(zhì)濃度。當(dāng)光路長(zhǎng)度b與吸收系數(shù) 一定時(shí)，吸光度A與溶液中待測(cè)物質(zhì)濃度c成正比， 這是分光法定量分析的基礎(chǔ)， 所以本文就此公式在化學(xué)試劑方法通則中的表述方法進(jìn)行探討。212吸收系數(shù)在原化學(xué)試劑部頒方法通則中有兩種表述方法：百分吸收系數(shù)( )： 當(dāng)溶液濃度為1 時(shí)，光路長(zhǎng)度為lcm時(shí)的吸光度。克分子收吸系數(shù)(e)：當(dāng)溶液為1克分子濃度時(shí)，光路長(zhǎng)度為Icm時(shí)的吸收度。而在化學(xué)試新基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)(國(guó)標(biāo)，1988中只規(guī)定了1種表示方法是：摩爾吸收系數(shù)():厚度以厘米表示， 濃度以摩爾每升表示的吸收系數(shù)，

4、單位為L(zhǎng)cm·mol。筆者認(rèn)為只這一種表示方法是不夠的，隨著分光方法的改進(jìn)，需要增加一種表示方法就是：質(zhì)量吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)(a) ： 厚度以厘米表示， 濃度以克每升表示的吸收系數(shù)， 單位為L(zhǎng)cm·g。例如現(xiàn)已被采用為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的酚酞，澳酚藍(lán)等都是采用這種方法表示的213光路長(zhǎng)路b公式中b系指光路長(zhǎng)度， 這在理論上是正確的， 但是實(shí)際上是以吸收池的兩個(gè)平行的內(nèi)表面之間酌距離(cm)，即厚度度L來(lái)表示的。嚴(yán)格地講，光路長(zhǎng)度b與厚L可能有差異， 如吸收池兩個(gè)表面間的平行度，及以溶液的折射差異等等， 都會(huì)造成b與L之間的不等。但實(shí)蘄上， 只要吸收池是合格品， 而且匹配一致， 一般

5、來(lái)說(shuō)b與L之間的差異可見(jiàn)忽。略不計(jì)。雖然在分光方法通則中出現(xiàn)了兩個(gè)術(shù)語(yǔ)光路長(zhǎng)度b與厚度L， 但在計(jì)算式中注有b-光路長(zhǎng)度(即吸收池厚度)一語(yǔ)。214溶液中待測(cè)物濃度c朗伯一比爾定律中雖表明吸光度和濃度間成正比關(guān)系，但只有在稀溶液時(shí)才能成立。因?yàn)槿绻麧舛容^高， 溶質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)之間的平均距離縮小到一定程度， 鄰近質(zhì)點(diǎn)的電荷分布會(huì)受到影響，這種影響能改變其對(duì)光的吸收特性。某些化合物會(huì)隨溶液濃度增高而產(chǎn)生聚合形態(tài)， 以甲基藍(lán)為例(簡(jiǎn)寫為MeBI) ， 會(huì)隨濃度增高而形成=聚， 三聚形態(tài):其中tMeB1最大吸收波長(zhǎng)約在660nm處，(MeBI) 的最大吸收波長(zhǎng)約在610nm處，而三聚態(tài)(MeBI)3的最大吸

6、收波長(zhǎng)則變至$80nm處。上述這些現(xiàn)象的存在會(huì)導(dǎo)致吸光度與濃度之間的線性關(guān)系發(fā)生偏差。同時(shí)，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)， 如果濃度增大而導(dǎo)致溶液折射率改變，也會(huì)影響吸光度與濃度之間的線性關(guān)系，但在實(shí)際上， 當(dāng)被測(cè)物濃度001moIL時(shí)， 這種影響是不存在的。所以， 當(dāng)制定分光定量測(cè)試方法時(shí)， 對(duì)摩爾吸收系數(shù)較小的物質(zhì)一般都宜采用增大試樣濃度使其吸光度值增大，以便于測(cè)定。但這時(shí)，一定要做工作曲線， 以檢查是否偏離了朗伯一比爾定律215在用分光法進(jìn)行定量分析時(shí)， 對(duì)吸光度A的范圍限制在分析測(cè)試時(shí)， 如果儀器檢測(cè)器受到的光信號(hào)特別強(qiáng)或特別弱時(shí)， 儀器檢測(cè)器的錯(cuò)誤響應(yīng)就會(huì)頻繁出現(xiàn)， 當(dāng)被測(cè)物溶液對(duì)光的透射比過(guò)大或過(guò)小時(shí)

7、，吸光度值A(chǔ)就會(huì)太小或太大， 此時(shí)，儀器的錯(cuò)誤喃應(yīng)就會(huì)出現(xiàn)， 這種情況下所得到的吸光度測(cè)量值都是不準(zhǔn)確的。由于這種原因?qū)y(cè)試結(jié)果帶來(lái)的誤差是隨機(jī)的， 所以只能采用限制吸光度A值的使用范圍以減小誤差。通過(guò)計(jì)算可證實(shí)， 當(dāng)A=043時(shí)， 其測(cè)及結(jié)果誤差最小。雖然目前各種型號(hào)的分光光度計(jì)儀器吸光度A 的測(cè)量范圍可達(dá)0 2， 或0 4之間， 但化學(xué)試劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。在定量分析中， 吸光度值一般應(yīng)選在0208之問(wèn)， 以減少測(cè)定誤差。22儀器的各種參數(shù)的選定及對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響221測(cè)定波長(zhǎng)的選定在選定波長(zhǎng)時(shí)要考慮3個(gè)方面第一， 如果被測(cè)溶液中含有多種物質(zhì)，首先要考慮其它物質(zhì)對(duì)主體的干擾， 要把波長(zhǎng)選在除主

8、體外， 其它雜質(zhì)的吸光度值不構(gòu)成干擾的地方。例如： 下圖為指示劑溴酚藍(lán)溶液中主體與所含雜質(zhì)的吸收曲線在制訂方法時(shí)，首先要將被測(cè)物的主體與所含雜質(zhì)進(jìn)行分離， 然后分別進(jìn)行壩I試，選用一合適的條件(如pH緩沖液)， 使被測(cè)物主體在最大吸光度的波長(zhǎng)附近， 雜質(zhì)的吸光度值小到對(duì)主體的測(cè)定的影響可以忽略不計(jì)， 于是就選用雜質(zhì)對(duì)主體吸光度不干擾的波長(zhǎng)處進(jìn)行測(cè)定。第二， 要考慮到檢測(cè)靈敏度。一般來(lái)說(shuō)都希望分析方法有較高的靈敏度。在分光法中可以通過(guò)選擇與較大吸收系數(shù)相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)來(lái)獲得： 從朗伯一比爾定律的公式中可以看出， 當(dāng)溶液的濃度和吸收池光程一定時(shí)，最大吸光度就對(duì)應(yīng)著最大吸收系數(shù)， 因此必須從光譜中選擇吸

9、光度較高的波長(zhǎng)。第三， 要考慮到波長(zhǎng)的微小變化對(duì)吸光度值的影響。在實(shí)際應(yīng)用 中， 由于儀器不穩(wěn)定或由于偶然原因使波長(zhǎng)選擇器稍有偏離，在這種情況下， 對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響程度與我們選定的測(cè)定波長(zhǎng)就很有關(guān)系了， 以下圖為例：從上圖可以看出， 如果選用500520nm間的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定，如果波長(zhǎng)相差1rim，吸光度值則差001)如果選用525545nm間的任一波長(zhǎng)則波長(zhǎng)每差lnm， 吸光度值只差0001。222狹縫寬度與譜帶度吸收定律的基本要求之一是需用單色光進(jìn)行測(cè)定。而這是理想狀態(tài)， 在儀器分析中，實(shí)際上是由光源通過(guò)棱鏡， 光船等色散系統(tǒng)將各不同波長(zhǎng)的光散射分離、再經(jīng)過(guò)儀器所設(shè)狹縫而得到的一束光，狹縫越

10、寬、射出光的波長(zhǎng)范圍也越寬， 因此， 要得到單色光(實(shí)際上是波長(zhǎng)范圍很窄的光)必須對(duì)狹縫寬度有所要求。調(diào)節(jié)狹縫寬度的目的是為了控制光的譜帶寬度， 譜帶過(guò)寬對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響是很明顯的，尤其是尖銳的吸收帶或者在吸收帶的陡坡處測(cè)量時(shí)， 造成吸收系數(shù)的波動(dòng)， 從而偏離了吸收定律?，F(xiàn)以用不同的譜帶寬度對(duì)苯進(jìn)行掃描所得吸收曲線為側(cè)： 上圈中(a) (b) (C)三條曲線所用光譜帶寬分別為05nra) 3 nm|1Ohm。由此顯示出由于譜帶寬度的增加，所記錄的振動(dòng)譜帶逐漸重合在一起， 同時(shí)最大吸收降低。為了控制譜帶寬度一般要求狹縫要窄，但如狹縫太窄則光的強(qiáng)度就太弱， 以至于使儀器檢測(cè)品的響應(yīng)值偏低 一般來(lái)說(shuō)

11、， 譜帶寬度lm時(shí)，對(duì)測(cè)定結(jié)果灼影響是可以忽略的。223掃描速度與測(cè)定間躕對(duì)結(jié)果的影響目前， 分光光度計(jì)的型號(hào)較多， 一些新型儀器有多檔掃描速度， 有的儀器與計(jì)算機(jī)聯(lián)用， 在應(yīng)用時(shí)需予先輸入指令， 規(guī)定掃描橫座標(biāo)的最小單位， 例如， 以01nm或是1nm為測(cè)試點(diǎn)。值得指出的是， 如果設(shè)測(cè)溶液吸收峰比較平緩， 對(duì)上述儀器參數(shù)的選擇數(shù)據(jù)關(guān)系則不大,但如果吸收峰比較尖銳，對(duì)此類參數(shù)的選擇就顯得比較重要。鍘如，測(cè)定鈥玻璃的一個(gè)吸收蜂， 如此1 nm為一間隔測(cè)定點(diǎn)進(jìn)行掃描， 測(cè)定結(jié)果 max=446nm，A=2.2415， 但若將測(cè)定點(diǎn)改為01nm，則可得到下列數(shù)據(jù)：由此可看出最大吸收波長(zhǎng)是4458nm

12、，而不是446nm， 吸光度的最大值也相差O023。掃描速度如過(guò)快， 與儀器的響應(yīng)等諸參數(shù)搭配不當(dāng)， 也將會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響。3 分光法定量測(cè)試的計(jì)算和表示方法31以百分含量表示311吸光度值比較法：采用標(biāo)準(zhǔn)樣品與試樣，在規(guī)定條件下所測(cè)得的吸光度值相比，換算得出試樣百分含量。例如，化學(xué)試劑HG3-13028O， 甲酚紅的百分含量計(jì)算式：甲酚紅百分含量式中 At -試樣溶液的吸光度值，075-標(biāo)準(zhǔn)樣品的吸光度值值得指出的是，在這種情況下，試樣測(cè)定的所有條件(包括濃度)必須嚴(yán)格按規(guī)定操作，因?yàn)橹挥羞@樣A 與標(biāo)樣的吸光度值075才有可比性。312試樣溶液濃度與標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度不同時(shí)的參比對(duì)照法。在許多

13、精細(xì)化工產(chǎn)品檢測(cè)中， 允許被測(cè)溶液濃度可在一定范圍內(nèi)制備， 但其它鍘試條件則必須完壘相同。其被測(cè)物的百分含量(x)計(jì)算公式為：式中：A1-試樣溶液的吸光度值，A2 -標(biāo)樣溶液的吸光度值JC 2-標(biāo)樣溶液濃度jCl-試樣溶液濃度。32 以質(zhì)量吸收系數(shù)表示由于任一種物質(zhì)在規(guī)定條件下所測(cè)得的吸光度A值是周定的， 根據(jù)吸收定律：從式中可看出， 任一純物質(zhì)， 當(dāng)吸收池厚度一定時(shí)，K為一常數(shù)并與Ac成正比換言之， 如試樣中含有雜質(zhì)， 雖總濃度c不變， 但必然導(dǎo)致吸光度A值的變化， 從麗引起吸收系數(shù)的改變。所以如已測(cè)得一純樣品在規(guī)定條件下的K值， 同樣可以把它做為衡量樣品純度的標(biāo)準(zhǔn)， 稱之為質(zhì)量吸收系數(shù)(a)。這在指示劑酚酸、溴酚藍(lán)、百里香酚藍(lán)， 以及很多精細(xì)化工產(chǎn)品檢測(cè)中多有應(yīng)用， 其計(jì)算式如下； 式中a-質(zhì)量吸收系數(shù)，Lcm&#