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

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）（ 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10-110-4mgLr 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（400700nm）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。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黄橙红紫红紫蓝青蓝青颜色吸收紫蓝青蓝青青绿绿黄橙红光 波长/400450480490500560580600650nm450480490500560580600650760二、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1,溶液的浓度为C,液层的厚度为b,透射光强度为I,则式中1 gI/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 。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。比色法中常把忘-；称为透光度，用T表示，透光度和吸光度的关系如下：当c以molL-i为单位时，吸光系数称为摩尔吸光系数，用8表示，其单位是Lmol-1 cm-io当c以质量体积浓度（gml-J表示时，吸光系数称为百分吸光系数，用E1%1c m表示，单位是mlgcm-i。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。一般值在103以上即可进行比色 分析。如果测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图 可得一条曲线，即物质对光的吸收曲线，可准确地描述物质对光的吸收情况。图8-3是几种不同浓度的IKMnO4溶液的吸收曲线，溶液对波长525nm附近的绿光吸 收量最强，而对其他波长的光吸收较弱。光吸收程度最大处的波长叫做吸收波长，用尢max 表示。不同浓度的IMnO4溶液所得的吸收曲线，最大吸收波长都一致，只是相应的光被 吸收的程度不同。吸收曲线可作为比色分析中波长选定的依据，测定时一般选择尢max的单色光作为入 射光。这样即使被测物质含量较低也可得到较大的吸光度，因而可使分析的灵每度较高。若所测定的溶液无色，可在测定前加入适当的显色剂，通过与待测成分的化学反应使溶液 晱色即可测定此待测成分。例如，已知在525nm处KnO溶液的s=2235L mol-i cm-i，若用2cm比色皿，为使4所测得的透光率介于20%65%之间，溶液的浓度范围应是多少？图 8-3 KMnO 液的吸收光谱曲线4解：若 T=20%c=-lg65%/2235*2.0=4.19*10-5（molL-i）