醫(yī)用化學(xué)-授課教案:第八章 比色分析法

授課題目

第八章  比色分析法

授課形式

理論課

授課時(shí)間

授課學(xué)時(shí)

2

教學(xué)目的

與 要 求

1、了解物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系。

2、掌握朗伯比耳定律及比色分析測定原理。了解比色分析測定方法。

基本內(nèi)容

Chap8  比色分析法

§8.1  比色分析法的基本原理

一、物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系

二、朗伯-比爾定律

§8.2  比色分析法的測定方法

一、目視比色法

二、分光光度法

重 點(diǎn)

難 點(diǎn)

重點(diǎn)：朗伯-比爾定律

難點(diǎn)：比色分析法的測定方法

主要教學(xué)

媒 體

多媒體

主 要 外

語 詞 匯

colorimetry analysis；absorbance；transmittace；visual colorimetry；standard series method；spectrophotometry；spectrophtometer

有關(guān)本內(nèi)容的新進(jìn)展

主要參考資料或相關(guān)網(wǎng)站

《醫(yī)用化學(xué)》  化學(xué)工業(yè)出版社

《醫(yī)用化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)及習(xí)題解答》   第四軍醫(yī)大學(xué)出版社http://ce.sysu.edu。cn/ChemEdu/Echemi/elaborate/wujihuaxue/

http://www.sxmu.edu。cn/jingpin/wujihuaxue/lx.htm

系、教研室

審查意見

課后體會(huì)

教學(xué)內(nèi)容

時(shí)間分配和

媒體選擇

第八章 比色分析法

第一節(jié) 比色分析法的基本原理

比色分析法：是基于溶液對(duì)光的選擇性吸收而建立起來的一種分析方法，又稱為吸光光度法。

原理：有色物質(zhì)溶液的顏色深度與其濃度和液層的厚度有關(guān)，利用光學(xué)方法比較溶液顏色的深淺，可以測定溶液的濃度。

特點(diǎn)：簡單、快速、靈敏度高等，可用于微量組分和痕量組分的測定。

在醫(yī)學(xué)學(xué)科中，比色分析法被廣泛應(yīng)用于藥物分析、衛(wèi)生分析、生化分析等方面。

一、物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系

自然光是由不同波長（400~760nm)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)生白光時(shí)，這兩種光的顏色互為補(bǔ)色，如圖所示，直線兩端顏色的光互為補(bǔ)色。

光的互補(bǔ)色示意圖

當(dāng)白光通過溶液時(shí)，如果溶液對(duì)各種波長的光都不吸收，溶液就沒有顏色。如果溶液吸收了一部分波長的光，則溶液呈現(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，而其它各色的光都能透過。在透過的光中除紫紅色外都能兩兩互補(bǔ)成白色，所以KMnO₄溶液呈紫紅色。

溶液的顏色與吸收光顏色的關(guān)系

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，補(bǔ)色的顏色越深。比較溶液顏色的深淺，實(shí)質(zhì)上就是比較溶液對(duì)它所吸收光的吸收程度。

吸收曲線

如果測定某種物質(zhì)對(duì)不同波長單色光的吸收程度，以波長為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖所得曲線。

不同物質(zhì)有不同吸收曲線，可定性鑒別。

同種溶液，吸收曲線相似，但吸光度隨濃度而改變。可定量測定。

定量測定時(shí)一般選擇最大吸收波長λmax的單色光作為入射光。

（無色溶液可加顯色劑)

二、朗伯－比爾（Lambert--Beer)定律

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

光吸收示意圖

Kbc

透光率：

吸光度：

吸光系數(shù)：

與吸光物質(zhì)的種類和入射光的波長有關(guān)；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，因此測定的靈敏度較高。一般ε值在10³以上可進(jìn)行比色分析。

質(zhì)量吸光系數(shù)：

摩爾吸光系數(shù)：

例（1、2)

第二節(jié)  比色分析法的測定方法和應(yīng)用

一、目視比色法

用視力比較樣品溶液與標(biāo)準(zhǔn)品溶液的顏色深淺以確定物質(zhì)含量的方法稱為目視比色法。

原理：

顏色深度相同時(shí)：A_標(biāo)＝A_樣

c_標(biāo)L_標(biāo)＝c_樣L_樣

液層厚度相同時(shí)：c_標(biāo)＝c_樣。

標(biāo)準(zhǔn)系列法（standard series method)是在納氏比色管中進(jìn)行測定的。納氏比色管是一套由同種玻璃制成的大小形狀完全相同的平底玻璃管，有的具有玻塞或塑料塞。其容積有10mL、20mL、50mL、100mL等數(shù)種，管上具有標(biāo)線以表示容量。比色管放在下面有反光鏡的比色管架上進(jìn)行比色。

標(biāo)準(zhǔn)系列法的操作步驟：

①相同體積不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液置于規(guī)格相同的比色管中，加入顯色劑成為一系列顏色由淺至深的標(biāo)準(zhǔn)色階。

②另取一定量的樣品溶液，用同樣方法，在同樣條件下使其顯色并稀釋至相同的體積，制成樣品比色液（其顏色深度應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)色階范圍內(nèi))。然后將樣品比色液與標(biāo)準(zhǔn)色階逐一比較，如樣品比色液的顏色與標(biāo)準(zhǔn)色階中某一標(biāo)準(zhǔn)比色液的顏色相同，則此兩者的濃度相等。如樣品比色液的顏色介于某兩標(biāo)準(zhǔn)比色液的顏色之間，則可取它們濃度的平均值作為樣品比色液的濃度，再根據(jù)配制樣品時(shí)的稀釋倍數(shù)求出樣品溶液的濃度。

c_樣＝與樣品液等色度的標(biāo)準(zhǔn)管溶液濃度×稀釋倍數(shù)。

比色時(shí)可在自然光下進(jìn)行；可用平視法和俯視法。

pH試紙就是采用的標(biāo)準(zhǔn)系列法。

特點(diǎn)：所用儀器簡單，操作方便，液層厚度大，適用于測定低濃度溶液，在野戰(zhàn)條件下應(yīng)用廣泛。但比色時(shí)須先配制一系列標(biāo)準(zhǔn)色階，而標(biāo)準(zhǔn)色階不宜長期保存需臨時(shí)配制，同時(shí)目視比色也容易引入視覺誤差，影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。

二、分光光度法

以單色光作入射光，通過測定溶液吸光度來求算溶液中被測物質(zhì)含量的一種分析方法。

1、分光光度計(jì)

光源→單色器→吸收池→檢測器→放大器→指示器

光源：

單色器：

吸收池或比色皿：

檢測器：可見分光光度計(jì)中的檢測器一般用光電管，它是由一個(gè)陽極和一個(gè)用光敏感材料制成的陰極組成的真空二極管。當(dāng)光照射到陰極時(shí)，金屬表面發(fā)射電子，流向電勢較高的陽極而產(chǎn)生電流。紫外分光光度計(jì)的光電管有紅敏（625～1000nm)和藍(lán)敏（200～625nm)兩只，可通過手柄轉(zhuǎn)換。光越強(qiáng)，陰極表面發(fā)射的電子越多，產(chǎn)生的光電流也越大。

放大器和指示器：光電管產(chǎn)生的電流較弱，約為1×10^-6A，需經(jīng)放大器放大后輸入指示器。指示器一般為微安電表、記錄器、數(shù)字顯示器和打印機(jī)等。在微安電表的標(biāo)尺上同時(shí)刻有吸光度和透光率。透光率刻度是等分的。因吸光度與透光率是負(fù)對(duì)數(shù)關(guān)系，所以吸光度刻度是不均勻的。

吸光度與透光率標(biāo)尺

很多精密型分光光度計(jì)采用屏幕顯示吸收光譜、操作條件及各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并可與計(jì)算機(jī)聯(lián)用。

2、可見分光光度法的測定方法

標(biāo)準(zhǔn)曲線法

配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，用選定的顯色劑顯色。選用合適波長的入射光，測定標(biāo)準(zhǔn)系列的吸光度。

以吸光度為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)作圖得到一條通過原點(diǎn)的直線，叫做標(biāo)準(zhǔn)曲線（或稱工作曲線)。

將被測溶液置于吸收池中，在相同條件下，測量其吸收度，并在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出其相應(yīng)的含量。

注意使標(biāo)準(zhǔn)溶液與被測溶液在相同條件下進(jìn)行測量，且溶液的濃度應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍內(nèi)。

空白溶液（參比溶液)：

   （1)溶劑空白   當(dāng)顯色劑及制備試液的其它試劑均無色，且溶液中除被測物外無其它有色物質(zhì)干擾時(shí)，可用溶劑作空白溶液，這種空白溶液稱為溶劑空白。

   （2)試劑空白   若顯色劑有色，試樣溶液在測定條件下無吸收或吸收很小時(shí)，可用試劑空白進(jìn)行校正。所謂試劑空白，是按顯色反應(yīng)相同的條件加入各種試劑和溶劑(不加試樣溶液)后所得溶液，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)曲線法中濃度為“0”的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

   （3)試樣空白   當(dāng)試樣基體有色(如試樣中混有其它有色離子)，但顯色劑無色，且不與試樣中被測成分以外的其它成分顯色時(shí)，可用試樣空白校正。所謂試樣空白，是指不加顯色劑但按顯色反應(yīng)相同條件進(jìn)行操作的試樣溶液。

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法

若僅對(duì)個(gè)別樣品進(jìn)行測定，且A－ｃ曲線線性良好，可不作標(biāo)準(zhǔn)曲線而直接比較測定結(jié)果。

先配制一個(gè)與被測物質(zhì)溶液的濃度相近的標(biāo)準(zhǔn)溶液，與被測溶液在相同條件下測定吸光度，根據(jù)下式可以計(jì)算。

A_標(biāo) = K_標(biāo)b_標(biāo)c_標(biāo)

A_測 = K_測b_{m.quanxiangyun.cn測}c_測

　　由于使用同一波長的入射光，采用同樣的比色皿，測定同樣的物質(zhì)，所以

K_標(biāo) = K_測

b_標(biāo)=b_測

因此    

即    

應(yīng)用示例—鐵的含量測定

例  用鄰二氮菲測定鐵時(shí)，已知每毫升試液中含F(xiàn)e^2＋0.500μg，用2.00cm吸收池于508nm波長處的吸光度為0.198，計(jì)算三（鄰二氮菲)合鐵（Ⅱ)配合物的ε（508nm處)。

解：cFe²⁺ = ×10^-6×1000 = 8.96×10^-6(mol·L^-1)

因?yàn)?A = εbc

所以 ε= = 1.10×10^-4(mol·L^-1·cm^-1)