比色分析的基本原理(朗伯-比爾定律,吸光度,消光度,吸光系數(shù))

　　有色物質(zhì)溶液的顏色與其濃度有關(guān)。溶液的濃度越大，顏色越深。利用光學(xué)比較溶液顏色的深度，可以測(cè)定溶液的濃度。

　　根據(jù)吸收光的波長(zhǎng)范圍不同以及所使用的儀器精密程度，可分為光電比色法和分光光度法等。

　　比色分析具有簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微量組分的測(cè)定。通常中測(cè)定含量在10-1～10-4mg·L-1的痕量組分。比色分析如同其他儀器分析一樣，也具有相對(duì)誤差較大（一般為1%～5%)的缺點(diǎn)。但對(duì)于微量組分測(cè)定來說，由于絕對(duì)誤差很小，測(cè)定結(jié)果也是令人滿意的。在現(xiàn)代儀器分析中，有60%左右采用或部分采用了這種分析方法。在醫(yī)學(xué)學(xué)科中，比色分析也被廣泛應(yīng)用于藥物分析、衛(wèi)生分析、生化分析等方面。

　　一、物質(zhì)的顏色和光的關(guān)系

　　光是一種電磁波。自然是由不同波長(zhǎng)（400～700nm)的電磁波按一定比例組成的混合光，通過棱鏡可分解成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各種顏色相連續(xù)的可見光譜。如把兩種光以適當(dāng)比例混合而產(chǎn)生白光感覺時(shí)，則這兩種光的顏色互為補(bǔ)色。圖8-1中處于同一直線關(guān)系的兩種色光（如綠與紫、黃與藍(lán))互為補(bǔ)色。

　　當(dāng)白光通過溶液時(shí)，如果溶液對(duì)各種波長(zhǎng)的光都不吸收，溶液就沒有顏色。如果溶液吸收了其中一部分波長(zhǎng)的光，則溶液就蜈現(xiàn)透過溶液后剩余部分光的顏色。例如，我們看到KMnO4溶液在白光下呈紫紅色，就是因?yàn)榘坠馔高^溶液時(shí)，綠色光大部分被吸收，而其他各色都能透過。在透過的光中除紫紅色外都能兩兩互補(bǔ)成白色，所以KMnO4溶液呈現(xiàn)紫紅色。醫(yī)學(xué)全.在線網(wǎng).站.提供

　　同理，CuSO4溶液能吸收黃色光，所以溶液呈藍(lán)色。由此可見，有色溶液的顏色是被吸收光顏色的補(bǔ)色。吸收越多，則補(bǔ)色的顏色越深。比較溶液顏色的深度，實(shí)質(zhì)上就是比較溶液對(duì)它所吸收光的吸收程度。表8-1列出了溶液的顏色與吸收光顏色的關(guān)系。

表8-1　溶液的顏色與吸收光顏色的關(guān)系

　　二、朗伯-比爾（Lambert-Beer)定律

　　當(dāng)一束平行單色光（只有一種波長(zhǎng)的光)照射有色溶液時(shí)，光的一部分被吸收，一部分透過溶液（圖8-2)。

圖8-2 光吸收示意圖

　　設(shè)入射光的強(qiáng)度為I0，溶液的濃度為c，液層的厚度為b，透射光強(qiáng)度為I，則

　　（8-1)

　　式中l(wèi)gI0/i 表示光線透過溶液時(shí)被吸收的程度，一般稱為吸光度（A)或消光度（E)。因此，上式又可寫為：

　　A=Kcb（8-2)

　　上式為朗伯-比爾定律的數(shù)學(xué)表示式。它表示一束單色光通過溶液時(shí)，溶液的吸光度與溶液的濃度和液層厚度的乘積成正比。

　　式中，K為吸光系數(shù)，當(dāng)溶液濃度c和液層厚度b的數(shù)值均為1時(shí)，A=K，即吸光系數(shù)在數(shù)值上等于c和b均為1時(shí)溶液的吸光度。對(duì)于同一物質(zhì)和一定波長(zhǎng)的入射光而言，它是一個(gè)常數(shù)。

　　比色法中常把稱為透光度，用T表示，透光度和吸光度的關(guān)

　　系如下：

　　 （8-3)

　　當(dāng)c以mol·L^-1為單位時(shí)，吸光系數(shù)稱為摩爾吸光系數(shù)，用ε表示，其單位是L·mol^-1·cm^-1。當(dāng)c以質(zhì)量體積濃度（g·ml^-1)表示時(shí)，吸光系數(shù)稱為百分吸光系數(shù)，用E1%1cm表示，單位是ml·g^-1·cm^-1。吸光系數(shù)越大，表示溶液對(duì)入射光越容易吸收，當(dāng)c有微小變化時(shí)就可使A有較大的改變，故測(cè)定的靈敏度較高。一般ε值在103以上即可進(jìn)行比色分析。

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