醫用化學/朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律

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當一束平行單色光(只有一種波長的光)照射有色溶液時,光的一部分被吸收,一部分透過溶液(圖8-2)。

光吸收示意圖


圖8-2 光吸收示意圖

設入射光的強度為I0,溶液的濃度為c,液層的厚度為b,透射光強度為I,則

Gmogukla.jpg (8-1)

式中lgI0/i 表示光線透過溶液時被吸收的程度,一般稱為吸亮度(A)或消亮度(E)。因此,上式又可寫為:

A=Kcb(8-2)

上式為朗伯-比爾定律的數學表示式。它表示一束單色光通過溶液時,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為吸光係數,當溶液濃度c和液層厚度b的數值均為1時,A=K,即吸光係數在數值上等於c和b均為1時溶液的吸光度。對於同一物質和一定波長的入射光而言,它是一個常數。

比色法中常把Gmogulnb.jpg


稱為透光度,用T表示,透光度和吸光度的關

系如下:

Gmogujmt.jpg (8-3)

當c以mol.L-1為單位時,吸光係數稱為摩爾吸光係數,用ε表示,其單位是L.mol-1.cm-1。當c以質量體積濃度(g.ml-1)表示時,吸光係數稱為百分吸光係數,用E1%1cm表示,單位是ml.g-1.cm-1。吸光係數越大,表示溶液對入射光越容易吸收,當c有微小變化時就可使A有較大的改變,故測定的靈敏度較高。一般ε值在103以上即可進行比色分析。

如果測定某種物質對不同波長單色光的吸收程度,以波長為橫坐標,吸光度為縱坐標作圖可得一條曲線,即物質對光的吸收曲線,可準確地描述物質對光的吸收情況。

圖8-3是幾種不同濃度的KMnO4溶液的吸收曲線,溶液對波長525nm附近的綠光吸收量最強,而對其他波長的光吸收較弱。光吸收程度最大處的波長叫做吸收波長,用λmax表示。不同濃度的KMnO4溶液所得的吸收曲線,最大吸收波長都一致,只是相應的光被吸收的程度不同。

吸收曲線可作為比色分析中波長選定的依據,測定時一般選擇λmax 的單色光作為入射光。這樣即使被測物質含量較低也可得到較大的吸光度,因而可使分析的靈每度較高。

若所測定的溶液無色,可在測定前加入適當的顯色劑,通過與待測成分的化學反應使溶液晱色即可測定此待測成分。

例如, 已知在525nm處KnO4溶液的ε=2235L. mol-1.cm-1,若用2cm比色皿,為使所測得的透光率介於20%~65%之間,溶液的濃度範圍應是多少?

KMnO4液的吸收光譜曲線


圖8-3 KMnO4液的吸收光譜曲線

解:若T=20%

Gmoguhkz.jpg


則 c=-lg65%/2235*2.0=4.19*10-5(mol.L-1)

32 物質的顏色和光的關係 | 比色分析測量儀器和測量方法 32
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