比色及分光光度法
同修 / 2022-07-11
比色及分光光度法
第一节概 述
在化验分析中，经常遇到微量组分的测定，目前厂矿化验室中测量微量组分，最普遍使用的是比色和分光光度法。本章着重介绍比色分析法的原理和影响比色分析的因素，并结合国产比色计和分光光度计介绍其结构原理。本章也简单介绍紫外分光光度法。由于红外分光光度法比较复杂，限于篇幅本章不作介绍，可参看有关专门著作。
何谓比色分析法？我们知道许多物质都是具有颜色的。例如MnO4- 为紫色，Fe3+与SCN-形成的[Fe(SCN)3]为红色。当含有这些物质的溶液浓度改变时，溶液颜色的深浅度也就随着改变。溶液越浓颜色愈深，溶液越稀颜色愈浅。因此可以利用比较溶液颜色深浅的方法来确定溶液中有色物质的含量，这种方法就称为比色分析法。
由此可见用比色分析法进行测定时，被测物质的溶液必须是有颜色的。但在大多数情况下被测物质是无色的，而可使它们在一定条件下与适当的试剂反应转变为有色物质，然后再比较溶液颜色的深浅来测定物质的含量。因此比色分析法一般要经过两个步骤：一、选择适当的显色剂，使被测组分转变成有色物质，称为显色阶段；二、选择最佳条件测定溶液的深浅度，称为比色阶段。
最初人们发现溶液的颜色是随着浓度的增加而加深，因此出现了“目视比色法”。以后人们又认识到溶液的颜色是由于对光的选择性吸收而产生的，可以利用滤光片和光电池客观的测量了溶液的浓度，从而出现了“光电比色法”。随着测量仪器的改进，分光光度计的研制成功，又出现了 “分光光度法”。目前这些方法已广泛应用于生产和科研中。
比色分析法和分光光度法的最大特点是灵敏度较高，操作简便快速。
例如试样中含Cu量0.001%即100毫克试样含Cu0.001毫克，用比色法可以测出。若用碘量法进行滴定，设Na2S2O3溶液的浓度为0.05N，消耗体积为V毫升，则：
0.001/63.55=0.05V V=0.0003（毫升）
试想所需标准溶液的量如此之小，是无法用化学分析法来测定的。但用比色和分光光度法完全可以准确的测定其含量。
第二节基本 原理
一、溶液颜色与光吸收的关系
物质呈现的颜色与光有着密切的关系。不同波长的可见光可使眼睛能引起不同颜色的感觉。日常所见的白光如日光，白炽灯光都是混合光，即它们是由波长400～760nm的电磁波按适当强度比例混合而成的。这段波长范围的光是人们视觉可觉查到的，所以称为可见光。当电磁波的波长短于400nm时称为紫外光，长于760nm的称为红外光，它们都是人们视觉觉查不到的光。
不同波长的可见光引起人们不同的视觉。但是由于人们视觉的分辨能力所限。人们看到的某种颜色光是介于一个波长范围的光。表13-1列出了各色光的近似波长范围。
当将某两种颜色的光按适当强度比例混合时，可以形成 局理光。这两种色光就称为互补色。如图13-1所示。图中处于直线
表13-1 各种单色光的波长关系的两色光为互补色。如绿色光和紫色光就是互补色。黄色光和蓝色光是互补色，以此类推。溶液所以呈现不同的颜色是由于该溶液对光具有选择性吸收的原故。
当一束白光(混合光)通过某溶液时，如果该溶液对可见光区各种波长的光都没有吸收，即入射光全部通过溶液，则该溶液呈无色透明状。当该溶液对可见光区各种波长的光全部吸收时，则该溶液呈黑色。如某溶液对可见光区某种波长的光选择性的吸收，则该溶液即呈现出被吸收波长光的互补色光的颜色。例如当一束白光通过KMnO4溶液时，该溶液选择性的吸收了绿色波长的光，而将其它的色光两两互补成白光而通过去，只剩下紫红色光，未被互补，所以KMnO4溶液呈现紫色。
同理说明K2CrO4溶液对可见光中蓝色光有最大的吸收，故其溶液呈现其互补色——黄色。
以上只是粗略的用溶液对各种颜色光的选择吸收性来说明溶液的颜色。为了更精确的说明物质具有选择性吸收不同波长范围光的性能，通常用光吸收曲线来描述。其方法是将不同波长的光依次通过一定浓度的有色溶液，分别测出它们对各种波长光的吸收程度，用吸光度A、光密度D或消光度E表示。然后以波长为横坐标，吸光度A为纵坐标，划出曲线，所得曲线称为光的吸收曲线，如图13-2所示。
从图13-2可以看出，在可见光区内，KMnO4溶液对波长
为525nm左右的绿色光的吸收程度最大，而对紫色和红色光很
少吸收。
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