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。表13-2可作为选择滤光片的参考。例如KMnO4溶液呈紫红色,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。
表13-2 被测溶液颜色和滤光片颜色的互补关系
被测溶液颜色 | 滤光片颜色 | 透过滤光片的波长(nm) |
黄绿 | 紫 | 400~450 |
黄 | 蓝 | 450~480 |
橙 | 青蓝 | 480~490 |
红 | 青 | 490~500 |
紫红 | 绿 | 500~560 |
紫 | 黄绿 | 560~580 |
蓝 | 黄 | 580~600 |
青蓝 | 橙 | 600~650 |
青 | 红 | 650~760 |
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次方)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,由光亮点移动距高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关系。图13-7为吸光度与透光率的关系。
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%
logI0/I=log100/T%=2-logT%
或 A=2-logT%
例如 当T%=10时 A=2-log10=1.0
当T%=50时 A=2-log50=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。