光电比色法
同修 / 2022-07-11
光电比色法
一、工作原理
利用光电效应测量通过有色溶液后透过光的强度，求得被测物质含量的方法称为光电比色法。
光电比色法的基本原理是当混合光通过滤光片或棱镜后，得到近似的单色光。让单色光通过有色溶液，然后再投射到光电池上，光电池受光而放出电子，产生的电流与光的强度成正比，在检流计上可以直接读出相应的吸光度。
二、光电比色计的构造
光电比色计的种类很多，但任何光电比色计都是由光源、滤光片、比色皿，光电池或光电管及检流计五部分组成。下面简单介绍它们的作用。
1.光源
最常用的是6~12伏的钨丝灯泡，以蓄电池或变压器为电源。为获得较准确的测量结果，必须保持电源的电压不变。为此一般光电比色计都附有稳压装置。钨丝灯发出的光波长在400～1100nm之间，因此适于可见光和近红外光区的测量。
2.滤光片
滤光片的作用就在于除去那些不被有色溶液吸收的光，而使有色溶液吸收最大的那部分的光通过。因此滤光片的作用就是为获得适当波长的单色光。
选择滤光片的原则是滤光片的颜色应与溶液的颜色为互补色。图13-1，表13-2可作为选择滤光片的参考。例如KMnO4裕液呈紫红色，表示它选择性的吸收绿色光，因此应当选择绿色滤光片。这样当入射光经过绿色滤光片时紫红色光被滤光片吸收，透过滤光片的光线就是KMnO4溶液最易吸收的绿色光。滤光片上都标记着该滤光片的波长数值(以nm为单位)。如滤光片上标记420nm即表示这块滤光片为紫色的，而且只能通过紫色光，其它色光能被紫色滤光片吸收。
3.比色皿
比色皿是由无色透明，能耐腐蚀的玻璃制成的。比色皿是放置比色溶液的，在使用时溶液的厚度是固定的，因此如果同时使用几个比色皿它们的厚度必须相同。一般比色计都配有不同厚度(0.5厘米、1厘米、2厘米、3厘米，和5厘米)的比色皿，以供选用。
4.光电池
光电池种类很多，但在一般比色计中，以硒光电池应用最广泛。硒光电池如图13-6所示，是由三层物质构成的圆形或长方形体并装在塑料盒内，上面敞开使光线能照到它的表面。表层是导电性能良好的可透光金属(如金、铂、银或镉等)薄膜，中层是具有光电效应的半导体材料硒，底层是铁或铝片。当光线照射到光电池上时，就有电子从半导体硒表面逸出。在硒光电池中电子跑向半透明金属膜中使它带负电，成为光电池的负极，硒层失去了电子后显正电，因而使铁片带正电成为光电池的正极。由于硒半导体使电子只能向一个方向流动而不能向相反的方向流动。这样铁片与半透明金属薄膜之间就产生了电位差，线路接通后就能产生光电流。所产生的光电流的大小与照射光强度成正比。
根据光电流大小就可以测量出透过有色溶液光线的强度It值。
光电池受强光照射或连续使用时间过长，会产生疲劳现象，使测定结果产生较大误差，要注意保护。光电池受潮后也会影响光电效应，要注意及时更换干燥剂。光电池对不同波长的光线有不同的灵敏度。它对绿色特别敏感，而对红外线和紫外线无光电效应。
5.检流计
在光电比色计中，常采用悬镜式检流计，它的灵敏度较高，约为10-9安培/格。检流计的灵敏度可用粗调节器(并联电阻)和细调节器(串联电阻)进行调节。这种高灵敏度检流计是精密设备，较大的震动或强电流通过，都会引起悬镜突然偏转，使检流计损坏。因此，当仪器不使用时必须将检流计开关指向零位，使其短路。
在检流计标尺上，有透光率T%和吸光度A两种刻度，由光亮点移动距离可以直接读出其数值。透光率刻度是等分的，而吸光度的刻度是间隔不均匀的。透光率与吸光度是对数笑系。图13-7为吸光度与透光率的关系。
图 13-7吸光度A与透光率T%的关系
根据透光率T=I/I0 如果把入射光强度I0当作100光强单位，透过光强度当作100光强单位中的一部分，这一数值即为百分透光度，亦称为百分透光率，用符号T%表示。
I/I0×100=T%
I0/I=100/T%
logIo/I =log100/T%=2-IogT%
或 A=2-IogT%
例如 当T%=10时 A=2-log10=1.0
当T%=50时 A=2-Iog50=0.301
根据朗伯-比耳定律，在一定条件下，溶液的吸光度与其
浓度成正比，故一般都读取吸光度。
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