正文 紫外-可見分光光度法的基本原理(1 / 3)

一、朗伯-比爾定律

(一)朗伯-比爾定律

朗伯(Lambert)在1760年提出:如果溶液的濃度一定,則光的被吸收程度和液層的厚度有關,且成正比關係。而比爾(Beer)於1852年在研究了各種無機鹽水溶液對紅光的吸收後指出:如果吸收物質溶於不吸光的溶液中,吸光度和吸光物質的濃度成正比。

當一束光強為I0的單色光通過濃度為c、厚度為L的溶液時,則一部分光強IR被反射,一部分光強IA被吸收,另一部分光強IT透過溶液,I0=IR+IA+IT。朗伯定律說明了液層厚度與光的吸收程度的關係,比爾定律說明了物質的濃度與光的吸收程度的關係。朗伯-比爾定律說明了物質對單色光吸收的程度與吸光物質的濃度和厚度間關係。采用空白溶液消除了IR及溶劑、試劑對光吸收程度的影響後。

(二)吸收係數

吸收係數(K)即為單位濃度、單位液層厚度的吸收度。在一定條件下(單色光、濃度、溶劑、溫度),吸收係數是常數。最大吸收波長(λmax)處的吸收係數常作為物質的定性依據。

吸收係數常用摩爾吸收係數及百分吸收係數表示。摩爾吸收係數用ε表示,其意義是1mol/L濃度的溶液,液層厚度為1cm時的吸收度。百分吸收係數用E1%1cm表示,是指濃度為1g/100mL的溶液,液層厚度為1cm時的吸收度。兩者的換算關係為E1%1cm/M=ε(M為吸光物質的分子質量)。摩爾吸收係數多用於分子結構研究,百分吸收係數多用於含量測定。摩爾吸收係數一般不超過105數量級,通常將ε大於104的為強吸收,小於102的為弱吸收,介乎兩者之間的稱為中強吸收。摩爾吸收係數不能直接測得,需用準確的稀溶液測得吸收度換算而得。

(三)吸收度的加和性

在多組分共存的溶液體係中,體係的總吸收度等於各組分吸收度之和,即A總=ΣAi,在任一波長下,共存的多組分中各組分遵守朗伯-比爾定律。利用這一性質經過一定的數學處理,可進行多組分的含量測定。

(四)比爾定律的偏離

比爾定律指出,如果吸光物質溶於不吸光的溶液中,吸光度和吸光物質的濃度成正比,因此以A-c作圖繪製的標準曲線或工作曲線應是通過原點的直線。但是在實際工作中,尤其當吸光物質濃度比較高時,直線常發生彎曲。此現象稱為對比爾定律的偏離。如果在彎曲部分進行測定,將會引起較大的誤差。

(1)吸光物質濃度較高引起的偏離在濃溶液中,吸光質點的相互碰撞和相互作用較強,這直接影響了它的吸光能力。因此,應選用適當濃度的溶液進行測定,最好使吸收光讀數範圍落在0.16~0.80,這樣,在假定光度計讀數誤差為1%的情況下,仍可以保證濃度測量相對誤差不大於4%。

(2)非單色光引起的偏離嚴格地說,朗伯-比爾定律隻適用於單色光。但是目前部分分光光度儀所提供的入射光並非是純的單色光,這些非純單色光會引起對比爾定律的偏離。

(3)介質不均勻引起的偏離當吸光物質是膠體溶液、乳濁液或懸浮物時,由於吸光質點對入射光的散射而導致偏離。

(4)吸光物質不穩定引起的偏離溶液中吸光物質常因條件變化而發生偏離、締合和形成新的化合物等化學變化,從而使吸光物質的濃度發生變化,導致對比爾定律的偏離。

二、電子躍遷的種類

物質M(原子或分子)吸收紫外-可見光被激發到激發態M*,通過輻射或非輻射的弛豫過程回到基態;弛豫也可通過M*分解成新的組分而實現,這個過程稱為光化學反應。值得注意的是M*的壽命一般都非常短,所以在任何時刻其濃度可以忽略不計。並且所釋放的熱量往往也無法測量。故除光化學分解發生外,吸光度的測量具有對所研究體係產生擾動最小的優點。