醫(yī)用化學(xué):第二節(jié)　比色分析測量儀器和測量方法

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比色分析法通過比較溶液對光的吸收程度以測定物質(zhì)的含量。一、比色測量儀器（一）比色測量儀器的基本部件比色測量儀器一般包括以下五大部件（圖8-4）。圖8-4 比色測量儀器部件示意圖1．光源在光電比色計(jì)和可見光分光亮度計(jì)中，采用6～12V的鎢燈，其最適宜的波長范圍是36…

比色分析法通過比較溶液對光的吸收程度以測定物質(zhì)的含量。

一、比色測量儀器

（一)比色測量儀器的基本部件

比色測量儀器一般包括以下五大部件（圖8-4)。

圖8-4 比色測量儀器部件示意圖

1．光源

在光電比色計(jì)和可見光分光亮度計(jì)中，采用6～12V的鎢燈，其最適宜的波長范圍是360～1000nm，為使光的強(qiáng)度穩(wěn)定，須用穩(wěn)壓裝置來穩(wěn)定電壓。

2．波長控制器

在光電比色計(jì)中采用濾光片作為波長控制器。濾光片是有色玻璃片，其作用是從光源發(fā)出的連續(xù)光譜中分出實(shí)驗(yàn)所需的某一特定波長范圍的光，即獲得適當(dāng)波長的近似單色光。

選擇濾光片的原則是濾光片最易透過的光，也就是溶液最易吸收的光。即濾光片的顏色與溶液的顏色應(yīng)互為補(bǔ)色，這是因?yàn)橛猩芤簩λ幕パa(bǔ)色光有最大的吸收。581-G型光電比色計(jì)通常只有紅、綠和藍(lán)三塊濾光片。例如，要測定KMnO4溶液，就應(yīng)選用綠色濾光片。

分光光度計(jì)采用單色器來控制波長。它可以把連續(xù)波長的光分解，從中得出任一所需波長的更純的單色光。單色器包含有狹縫調(diào)節(jié)、透鏡系統(tǒng)以及色散元件。

圖8-5為自準(zhǔn)式單色光器。光源發(fā)出的光經(jīng)入射狹縫由凹面準(zhǔn)直鏡反射后的平行光投在棱鏡上，經(jīng)棱鏡色散后的光又經(jīng)準(zhǔn)直鏡反射到出射狹縫，轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡便可在出射狹縫得到所需波長的單色光。

圖8-5　自準(zhǔn)式單色光器示意圖

圖8-6　硒光電效應(yīng)示意圖

3．吸收池

吸收池供比色時(shí)盛溶液用，它是用無色透明、厚度均勻的玻璃制成的。其透光的兩面嚴(yán)格平行。同一系列的測定中，所用的比色皿必須配套，即同一配套比色皿盛有同一溶液在同一波長時(shí)測得的透光率誤差不得越過0.5%。實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)溶液的濃度不同選擇。0.5,1.0,2.0,3.0cm不同規(guī)格的比色皿。比色皿要保持清潔，透光面要注意保護(hù)，不得用手直接接觸或用粗糙的濾紙擦拭，以免劃傷表面，影響吸收程度。若外壁有液珠，應(yīng)用濾紙吸干后再用擦鏡紙擦凈。

4．光電轉(zhuǎn)換器

它是將光能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，常用的有光電池和光電管。

光電池常用的硒光電池如圖8-6，適用于380～750nm波長范圍。當(dāng)光線照射到光電池時(shí)，電子從半導(dǎo)體表面逸出。由于硒的半導(dǎo)體特性而在電路中產(chǎn)生光電流。將光電池與一個(gè)靈敏檢流計(jì)相聯(lián)，在照射光強(qiáng)度不太大且外電路電陰很小時(shí)，光電流大小與照射光的強(qiáng)度成正比。因此可根據(jù)光電流的大小測量透過溶液的光強(qiáng)度。

硒光電池的優(yōu)點(diǎn)是光電流較大，可不必經(jīng)過放大而直接用靈敏檢流計(jì)測量。有時(shí)當(dāng)光電池受強(qiáng)光照射或連續(xù)使用時(shí)間太長時(shí)，容易產(chǎn)生“疲勞”，這時(shí)需使其在暗的狀態(tài)下暫作恢復(fù)，方可繼續(xù)使用。

光電管由封裝在真空透明管中的一個(gè)半圓柱型陰極和一個(gè)絲狀陽極組成（圖8-7)。陰極凹面有光電發(fā)射材料層，被光照射可發(fā)電子。當(dāng)兩極間加有電壓時(shí)，發(fā)射出來的電子就流向陽極產(chǎn)生光電流。發(fā)射出的電子數(shù)目與射在該表面上光束的強(qiáng)度成正比。光電管產(chǎn)生的電流啼弱，經(jīng)放大器放大后可由微安電表直接指示出吸光度或透光率。

圖8-7　光電管線路示意圖

圖8-8　吸光度和透光率標(biāo)尺

5．檢流計(jì)

用光電池作光電轉(zhuǎn)換器的比色測量儀器中，檢流計(jì)一般采用懸鏡式光電反射檢流計(jì)，其靈敏度較高，能測量10-9A（安培)的電流。檢流計(jì)有吸光度A和百分透光率T（%)兩種刻度標(biāo)尺，可直接讀數(shù)（圖8-8)。

標(biāo)尺上透光率T是等分的而吸光度A的刻度是不均勻的。透光率T可用小數(shù)或百分率表示。A與T的關(guān)系可推導(dǎo)為：

例如，已知某溶液對某一波長的光吸光度為0.04，其透光率可由下面方法求得。

0.04=-lgT

lgT=-0.40

T=0.398=39.8%

又如,已知某溶液對某一波長光的透光率為65%,吸光度為:

對于用光電管作光電轉(zhuǎn)換器的儀器,由于加了放大器,可方便地連接微安電表、記錄儀，數(shù)字顯示器等指示器，也可以調(diào)節(jié)電橋平衡的方式讀數(shù)取數(shù)據(jù)。

（二)比色測量儀器

1．光電比色計(jì)

光電比色計(jì)用光電池和檢流計(jì)測量透射光的強(qiáng)度并直接可讀出百分透光率T（%)或吸光度A。圖8-9是581-G型光電比色計(jì)的示意圖。它是利用濾光片把鎢燈產(chǎn)生的白光中與測定無關(guān)的光除去，使入射光盡可能是接近溶液補(bǔ)色的單色光，從而提高了比色分析的準(zhǔn)確度。

圖8－9　581-G型光電比色計(jì)光學(xué)線路示意圖

圖8-10　721型分光光度計(jì)光學(xué)系統(tǒng)示意圖１.光源　２.,8.聚

光透鏡�。�.棱鏡　４.準(zhǔn)直鏡5.,11.保護(hù)玻璃 6.入射狹縫 7.

平面鏡 9.吸收池10.光門 12.光電管 13.光柵

2．721型分光光度計(jì)

721型分光光度計(jì)的工作波長范圍為360-800nm。采用真空光電管作為光電能量轉(zhuǎn)換元件，在整個(gè)可見光區(qū)都比較gydjdsj.org.cn/zhuyuan/靈敏。同時(shí)采用晶體管放大電路和電表直讀結(jié)構(gòu)，儀器的靈敏度和穩(wěn)定性都比較好。

圖8-10為721型分光光度計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。由光源發(fā)出的連續(xù)輻射于聚光鏡上，經(jīng)平面鏡轉(zhuǎn)角90度反射到入射狹縫，射入單色器。入射光經(jīng)過準(zhǔn)直鏡反身射在出射狹縫上，再經(jīng)過聚光透鏡后進(jìn)入比色皿。經(jīng)溶液吸收后的透射光通過光門照射在光電管上轉(zhuǎn)換為光電流信號(hào)，經(jīng)過入大后輸入檢流計(jì)，由電表直接顯示吸光度。

二、比色分析的測量方法

無論是光電比色計(jì)還是分光亮度計(jì)，最常用的測量方法有如下兩種。

（一)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)

先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（光電比色計(jì)用濾光片，分光亮度計(jì)可轉(zhuǎn)動(dòng)波長調(diào)節(jié)器)。測定時(shí)先以空白溶液調(diào)節(jié)透光率100%，然后分別測定標(biāo)準(zhǔn)系列的吸亮度。以吸亮度為縱坐標(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)。

例如，測定維生素B12時(shí)，可預(yù)先繪制維生素B12的A-c標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖8-11)，再用完全相同的方法和步驟測定被測溶液的吸亮度，即可從標(biāo)準(zhǔn)曲線上找出被測溶液的濃度或含量。

這種方法叫做標(biāo)準(zhǔn)蛐線法。標(biāo)準(zhǔn)曲線可在固定儀器和方法的條件下多次使用，適合于經(jīng)常性工作。但若儀器不同或測定方法及條件改變，測得的標(biāo)準(zhǔn)曲線不同。因此在更換任何測定條件時(shí)都需重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。