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关于光度分析的灵敏度


实验室k / 2018-08-14

       灵敏度是光度测定方法的重要特征之一,常以摩尔吸收系数(也称摩尔消光系数)或符号ε来表示.所谓摩尔吸收系数是在特定的单色光照射下,浓度为1M的被测液在厚度为1厘米的比色皿中测得的吸光度,在有色液浓度和液层厚度确定时,摩尔吸收系数值愈大则表示灵敏度愈高(严格地说,应对原子量相似的元素而言).一般认为,如果当ε<20×103时,反应为不灵敏,当ε值达20×103-60×103为中等灵敏度,如ε>60×103则为高灵敏度.但ε的最大值约为2×105,即在此值时有色溶液在相应波长(λ最大)下具有最深的颜色.

       摩尔吸收系数ε值可按下式计算:

ε=A/C x b

式中A表示在一定波长下分光光度计上测得的溶液吸光度,C为被测溶液的摩尔浓度,b为液层厚度.从上式可知,摩尔吸收系数未标出的单位是升/尔·厘米,但通常并不具出单位.正因为这样,存在着难以把摩尔吸收系数与灵敏度更直观地联系起来的缺点.

       必须指出,摩尔吸收系数值的大小与照射光的单色性有关,即与分光光度计上狭缝的宽度或光电比色计上滤色片透过光带的宽度有关.摩尔随着照射光谱带单色性的降低而减小.另一方面也与有色物质的性质有关,如有色物的吸收谱带足够宽的话,那么这种影响将明显减小.
       一般研究报告中报道的摩尔吸收系数通常被称作为它的理论值,此值通常要比生产实践中光度测定方法的灵敏度略大.同时,以摩尔吸收系数来表示反应灵敏度的方法只有当在反应条件下有色物形成率达98-100%,且在溶液中无论是分析试样或辅助试剂均不与有色物作用,且不改变其摩尔吸收系数时最适合.在大多数情况下,这些条件是可满足的,但如果当反应产物——络合物的形成率显著地小于100%,此时便应以校正曲线法加以校正.在某些情况下,为了消除干扰和提变反应的选择性,测定常在明显的不是最适条件下进行(如图Ⅷ-3所示的pH测定条件下进行).在这种情况下络合物的摩尔吸收系数(在λ最适或λ测定)只有把在此pH值络合物的形成百分率考虑在内时才能表达出灵敏度大小.这时的摩尔吸收系数理论值(在pH最适时测得)要比其实际值(在pH测定时测得)要大得多.

       在分析实践中,对于形成稳定络合物的显色反应来说,适用“饱和法”来测定其摩尔吸收系数的理论值,即在大量过量显色剂存在下,使被测金属离子接近完全形成有色络合物,以满足用金属离子的原始浓度来替代有色络合物的浓度的条件,此时可按下式来计算其摩尔吸收系数:

ε=A/(C×b)=A/(CMe×b)

式中A为光密度;b为比色皿厚度,单位为厘米;C即为金属离子原始浓度,在计算摩尔吸收系数时,必须把它换算为摩尔/升为单位后才能代入上式.

       例如,应用偶氮胂Ⅲ测定La时,含La浓度为30微克/25毫升的溶液,在pH=3并加入过量的偶氮胂Ⅲ显色后,以2厘米比色皿,在655毫微米处测得的密度A=0.87,这时其摩尔吸收系数可计算如下:
       La的原子量为138.90,此时其摩尔浓度为:

[La3+]=(30×10-6/138.90)×(1000/25)=8.6×10-6(M)
A=0.87=ε×C×b=ε×8.6×10-6×2
∴    ε=0.87/8.6×10-6×2=5.06×104

       近年来,曾广泛应用三元络合物以提高光度测定的灵敏度.在这种情况下,如三个组分浓度不同时只能形成一种固定组成的稳定三元络合物的话,则摩尔吸收系数可正确地反映其灵敏度特征;如络合物组成不固定的话刚应该以灵敏度的其他表示方法来描述它.此外,当其他的阳离子引入时能增加反应灵敏度,而这种阳离子不与试剂相互作用,只影响基本反应,这种反应的机理尚未精确测定,真正的摩尔吸收系数也就无法测得.

       除摩尔吸收系数外,灵敏度的另一种较为方便的表示方法为比吸收,常以符号a表示:

a=ε/(元素原子量×1000)

从上式的物理意义来看,比吸收表示在1厘米液层厚,被测溶液浓度为1微克/毫升时溶液对于光的吸收作用.

       光度分析灵敏度也常用系数Ws来表示,即在比色皿厚度为1厘米、吸光度值为0.001时能检测的被测元素浓度.其绝对值愈小便表示愈灵敏.系数Ws与摩尔吸收系数ε之间的相互换算关系为:

Ws=原于量/ε  或  ε=原子量/Ws

已知系数,则可从上述关系式求得在此条件下的摩尔吸收系数,Ws的单位为微克/厘米2,这是因为:

ε=A/(C·b)=0.001/[微克/(原子量×1000毫升)×厘米]
=(原于量×毫升)/(微克×厘米)=(原子量×厘米2)/微克
Ws=原子量/ε=(原子量×微克)/(原子量×厘米2)=微克/厘米2

       应用系数Ws表示时可方便地比较出不同元素灵敏度的大小,不再受原子量差异的影响.其缺点是作为衡量灵敏度好坏的直观性较差,初次接触时难以理解其微克/厘米2与灵敏度之间的直观关系.为此也有人提出比较直观的灵敏度系数(符号Wk)来表示灵敏度.其意义为在液层厚1厘米,吸光度为0.05时被测元素的浓度,其单位为微克/毫升.显然,当此值愈小时表示愈灵敏.灵敏度系数Wk与系数Ws之间的相互关系为:

Wk=50Ws

       上述几种灵敏度的表示方法在不同场合广为使用,且按上述各关系式可作相互换算.


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