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引 言 分 光 光度 計從 問世 以 來 , 在 相關 學 科 發 展 的基 礎 上 , 經 過 不 斷改 進 , 功 能 更加 齊全 , 在 工 業 、 農 業 、 食品 、 衛 生 等部 門 和科學 研 究 的 各個領 域被 廣 泛 采 用 , 成 為生 產和科研的有 力測 試手 段 。 分光 光度法定 量分析的基 礎是 朗伯 一 比爾 ( I一m - b er t 一 eB er ) 定律 , 即溶液 的吸 光度與溶液 的濃 度及 液 層厚度 的乘積成 正 比 , 其數學 表示式仁’ 〕如下 : A = 1 0 9 ( I 。 / I ) - 一 l o g T = ab e 式 中 A — 吸 光度 ( 又 稱光 密度 、 消光 值) I 。 — 一定 波 長 的平行 單色 光 的人射強度 I — 單色 光 通過溶液后 透 射光 的強度 T — 物 質 的透光 度 a — 摩 爾吸 光 系數 ( 其 物 理意 義 為 : 當 物 質濃 度為 l m ol / L , 吸 收池厚 為 I c m , 一定 波 長 原 光 通 過 時的 吸光 值 A ) 波長 重復性 、 光 度 準確度 、 光 度重 復性 是 重要 的指 標 , 也是衡 量儀器 質 量好 壞 的主 要 依 據 和保 證 分 析 數據及時 準確 的理 論基礎 。 — 吸 收介質 的厚 度 , 。 m — 吸 光物 質 的濃度 , m ol / L 分 光 光度 計 因使用 的波 長范 圍不 同而分 為紫外 分 光光 度計 、 可 見 光 分 光 光 度 計 、 紅 外 分 光 光 度 計 等 。 無 論 哪一 類分 光 光 度 計都 由下列 五部 分 組 成 , 即光 源 、 單 色器 、 狹縫 、 樣 品池 , 檢 測器 系統 。 分 光光 度計的技 術指 標 主要 有 8 個 , 即 : 基 線 平 直 度 、 穩 定 性 、 波 長 準確度 、 波 長重 復性 、 光度 準確 度 、 光 度 重復 性 、 分辨 率 及 光 譜帶 寬 、 雜散 光 。 其 中波 長準 確 度 、 2 波長 準確度 用儀器對某 一具 有 參考波長 的物 質 的譜線進 行 測量 , 其測量 值與參考波 長理 論值之 差稱 為波 長準確 度 。 它對測量 的準確度有很 大影 響 。 通 常 , 分 光光度 法 的定量測量是 在波長下 進行 的 , 被測 物質 在該 波長處吸光度 的大小直接反映出定量 的結果 。 波 長準 確度 的數 學表示 式 如下 : 以 = 又 i 一 久 : 式 中 入i — 實 際測 定值 入 。 — 理 論值 ( 真值) 波 長 測量 值 與 真 值之 差 也 稱波長 誤 差 , 它包 括 系 統誤差 和 隨機 誤差 。 波長 的 系統誤 差 即為波 長準 確度 。 在 對 不同 儀器 的測 試 結果 進 行 比較 時 , 波長 準 確度更 顯 得重 要 。 波 長系 統誤 差是 由儀器 裝置 在制 造 中的缺 陷或 儀器 沒有調 整到狀 態而 造成 的 。 系統 誤差 又 分 為調 整誤 差 和機構 誤 差 , 前 者 可 以 通 過 調 整來 減 少 或 消除 , 后 者則 無 法通過 簡單 的調 整加 以 消除 。 3 波 長 重復 性 波長 重 復性 是 指 多 次波 長 測 試 數 據 的離 散性 , 或者說是指 多 次波長測 試數 據 的符 合 程度 。 波 長重復性又 稱波長精 密度 。 一 般是取 波 長準確 度 3 次 (或 5 次 )測 試結果 中 , 大 值與小 值之 差作 為波 長重 復性 。 其數學 表示式 如下 : 欲 一 } 入 m a : 一 凡 。 。 } 波 長準 確度 與波長 重復性 有密 切關 系 。 波長準 確 度反 映的是 儀器 系 統 誤 差 , 波 長重 復 性 反 映 的是 儀 器隨機 誤差 。 隨機 誤 差 主 要是 由環 境條件 變 化 、 波 長傳動機 構 的不精 密 性 、 機 械振 動或 讀數誤 差 等 原 因造 成 的 。 波 長 重 復 性 是 儀 器 在 相 同 測 試 條件 下 , 一個 較短 的時 間 內 , 對 同一 吸收 或發射譜線進行 連 續多 次測 量 , 測 量結果 的一 致性 。 表 2 低壓 汞燈發射光譜參考波長值川 編號 波長 ( n m ) { 編號 波長` n m , 1 2 5 3 . 6 5 { 7 `。 ` · 6 6 - 2 2 9 6 . 7 3 … 8 4 0 7 · 7呂 3 3 0 2 . 1 5 { 9 ` 3 5 · ” 4 4 3 13 . 1 6 { `。 5` 6 · 。 7 5 3 3 4 . 1 5 … “ 5 7 6 · 9 6 6 3 6 5 . 0 1 ! ’ 2 5 7 9 · 。 7 4 波長 準確 度 的檢測 4 . 1 輻 射光源 法 采 用具 有特征 發射譜線 的元素燈產 生的特 征譜 線 來 對 儀器 的 波 長 進 行 檢 查 , 如汞 燈 、 氛 燈 、 鈉 燈 。 由于它 們發 射 的是線狀 光譜 , 譜線的特征 性強 , 準確 度 高 , 因此常 被稱 為檢查 波長 準確度 的標準 。 ( 1) 氖燈 ( 或 氫燈 ) 氛 燈 ( 或 氫 燈 ) 在 紫 外 區 具 有 連續 光譜 , 可作 為儀器 紫外 區 的光源 , 在可 見 區它 們還有 兩條 分離 的 、 強度 比較 高 的特 征譜 線 , 氖 燈為 4 8 6 . On m 、 6 5 6 . I n m ( 氫 燈 為 4 8 6 . I n m 、 6 5 6 . 3 n m ) 。 這 些譜線均 可用 以 檢測 儀器 的波 長準確度 。 隨 著儀 器 的 自動化 及微 機化 , 氛燈 特征 峰 常用 作儀器初 始 化 波 長 自動 定位的基準 。 表 1 為氛 燈參考波長 值 。
( 2 ) 汞燈 筆 型低 壓 汞 燈 攜 帶 方 便 , 便 于 安 裝 , 常 用作 檢測 工具 。 檢 測 時 , 先 將 汞燈 置 于 儀 器 光源 位 置 , 燈 的透 光面 對準進 光 口 , 然后 在 20 0 一 60 0 n m 范 圍內 , 選擇 幾條 能量較 強 的譜線 進行單峰測 量 , 尋 找 大波長 值 , 重 復三 次 , 其平均 值與 汞燈峰參考值 的差 值 即為波長 準確度 。 表 2 為低 壓 汞燈發射 光譜 及 參 考波長 值 。 4 . 2 標 準濾光 片法 ( 1) 干涉 濾光 片 干 涉濾 光 片是利 用 多光 束干 涉 原理 , 通 過 在 光 學 基 片 上 鍍 多層 介 質 而 制 成 的 。 一 般來 說 , 干涉濾 光片具 有確 定波 長 的透 射峰 。 利用 它特定 透射峰 的中心波 長可 以 檢測 分光 光度計 的 波 長準 確度 。 對干 涉濾光 片 的要求是 透射峰 比較 尖 銳 , 半峰寬窄( 不超 過 1 5 m m ) , 大 透射 比 高 ( 通 常 不 低于 30 % T ) 。 檢測 時 , 應 將干 涉濾 光片按 方 向垂直 置于 光路中 , 并在 其峰 值波 長附近 , 由短 波向 長波方 向轉動 , 按 逐點 法 測 量 出透 射 比 大處 的波 長 值 , 用 測量 值與 參考值 進行 比 較 , 得 出差 值即為波 長準確 度 。 由于 干涉 濾 光 片 ( 尤其是 新 生產 的 干涉 濾 光片 ) 中心 波長會 隨 時間 的延 長 而發生偏 移 , 所 以 必 須定期 送檢 。 (2 ) 氧化 欽及錯 欽 玻 璃 濾 光 片 稀 土 元 素在 一 些 波長處 具有 較強 的尖銳 吸收 峰 , 因此 , 稀 土 元 素與 特 定玻璃 材料混熔 后 , 可以 制 成含稀 土 元 素的玻 璃 , 常見 的有氧化 欽玻 璃及錯 鉸玻 璃 。 表 3 是氧化欽 玻 璃的特 征參考波長 值 。
4 . 3 溶液 法 一些 稀 土元 素氧 化物 的溶液都具 有 明顯 的吸收 峰 , 因此 可 以 用 來 檢 測 儀器 的波 長準 確 度 。 氧化 欽 溶 液常用 于 紫外 可見 分光 光度 計準確 度 的測 定 。 由 氧化 欽 和 高氯酸組 成 的溶液 , 在 2 0 ~ 7 0 0 n m 范 圍 內 比氧化 欽濾 光 片有 更多 的 吸收 峰 。 采用 氧化欽 溶 液檢 測儀 器 波長 準 確 度 , 也 應 該 注 意選 擇 合適 的檢 測條 件 , 尤 其是 帶 寬 。 因 為氧 化欽 溶 液 特 征 峰 很 尖 銳 , 儀 器帶 寬 對測 定值影 響 很 大 。 表 5 為 10 % 高氯 酸 中 4 % 氧化欽 溶 液透射 比特征 峰波 長值 。 一 4 一 5 一 6 一 7 一 9 一 1 0 一 1 1 一 1 2 一 1 3 一 1 4 一 1 5 一 1 7 一 1 8 一 1 9 2 4 1 . 1 3 2 4 9 . 8 7 2 7 8 . 10 2 8 7 . 1 8 3 3 3 . 4 4 3 4 5 . 4 7 3 6 1 . 3 1 3 8 5 . 6 6 4 1 6 . 2 8 4 5 1 . 3 0 4 6 7 . 8 3 4 8 5 . 2 9 5 3 6 . 6 4 6 4 0 . 5 2 4 1 . 5 0 0 6 6 . 2 0 0 4 6 . 9 0 0 4 1 . 6 0 0 6 6 . 2 0 0 7 0 . 0 0 0 3 8 . 6 0 0 7 3 . 1 0 0 3 2 . 1 0 0 1 4 . 7 0 0 6 6 . 9 0 0 4 3 . 8 0 0 1 1 . 8 0 0 2 1 . 0 0 0 5 光 度 準 確 度 光度準確度 是 指 實測 光度 值與其真值 ( 標 準 值 ) 之差 。 光 度準確度 可用透射 比 T 表示 , 也可用 吸光度 A 表示 。 因為透射比在 整個量程 范圍 內的示值是線性 的 , 因此 只要給 出一個 指標 , 便可 正確表 示 。 而用吸 光 度 A 表示光度 準確度 時 , 必須 其吸 光度范 圍 。 為 了正確測 量儀器 的光度準確度 , 常采用 液體或 固體 標 準物質檢 測儀器 的透射比準確度 。 透 射比準確 度是指 儀器 對某 一具 有標 準透 射 比 值樣 品的 測 量 值與 該 標 準 樣 品 的理 論 透 射 比 值 之 差 。 通 常這 里 所 指 的 準確 度 不 包 含測 量 的 隨 機 誤 差 , 即 只指儀器 光 度 值 的系 統 誤 差 。 透 射 比準確 度 是一 個 反映儀器綜 合性 能 的指標 , 它 的 準確 與否 直 接與儀器 使用 者的 目的相關 。 光 度誤 差 義 與波 長準 確度 、 雜散光 、 儀器 穩定性 等眾多 因素有關 。 透 射比 誤 差 也分為系統 誤 差和 隨機 誤差 。 透射 比準確度 的 數學 表示 式如 下 : 』 , 一 T , 一 T s 式 中 T — 實際測定 值 T 、 — 真值 ( 標準 值)
6 光 度 重 復 性 儀器 的 光度 重 復 性是 指 不 考慮 系統 誤 差 , 在 相 同測 量 條件下 ( 如儀器 波長帶 寬 不 變 ) , 將無 時 效變 化 的試 樣 , 重復 放到試 樣室 的樣 品池 中 , 在短 時間 內 對 透射 比值連續 進 行 多 次重 復 測 量 , 所 測 得 值 的一 致性 , 屬 隨機誤 差 。 光 度重 復性 是 影 響 分 析 結 果 可 靠性 的 主要 因 素 , 是 關鍵性 技 術指標 , 其 數學 表示 式 如下 : 打 = } T m a 二 一 T m l。 l 7 光 度 準 確 度 的檢 測 7 . 1 標 準溶 液法 一些 穩定性 好 的溶液 , 如硫 酸銅 的酸性 溶液 , 重路酸鉀的酸 性溶液 , 以及 一些 含 C 。 、 N i 、 C u 等金 屬 離子 的混合溶液 , 在 紫外和可 見 區 的 固定波長處 都 有 一個 或多 個吸 收峰 。 利用這 些 峰值和谷值的大小 可以 檢查儀器的透 射比準確度 。 為 了保證 檢測 結果 的正確 , 在使用時 必須 注意 以 下兩個 問題 : ( 1) 溶液 濃度 的準 確度 按規 定配置 條件 , 所用 試 劑 的純度 、 酸度 、 稱量 準確度 、 溫 度 、 稀 釋體積 等必 須 保證 符合要 求 。 重 復配 置 時 必須 保持條件 不 變 , 使用這 些溶 液時 也必 須 按 規 定 的條 件 使用 , 這樣 才 能保證 吸光 度標 準值 。 表 6 為 0 . Ool m ol I/ J 高氯酸 中質量 分數 為 0 . 0 6 0 0 0 / 10 0 0 重 路酸 鉀 溶液 的 透射 比值 。
(2 ) 吸收池 比色皿 (吸收池 ) 的質量及 外觀應 符 合要求 , 透光 面不得 有劃 痕 及污 物 , 比色皿 配 對性 優 于 0 . 2% , 10 m m 比色皿 內徑誤差小 于士 0 . 02 ~ 等 。 7 . 2 標 準濾光 片法 中性 濾光 片 ( 又 稱灰色 玻璃 ) 對一 定波長范圍內不同波長的光 , 具 有幾乎 相 同的吸光 度值 ( 或透 射比 值) , 不 隨 儀器帶 寬及 一 定 限度 內 的 波 長 誤 差 而 改 變 。 現 在能 得到 的濾光 片大 多是可 見光 范圍標 準濾 光片 , 如 由美 國 N B S 93 OD 及 各地 計 量 所 提 供的 標 準 中性 濾光 片 。 標 準溶液法 比標 準 濾光 片法方 便很 多 , 而 且對操 作 人員 的技 術 要求不 十 分嚴 格 。 測 量 用的標 準 濾 光 片 必 須 定期進 行 檢 定 。 根 據 具 體情 況 , 兩種 方法 可 以 結 合使用 , 在 紫外 區 選 用溶 液 法 , 而可 見區 選用 標 準濾光 片法 。 只有 正確 理 解分 光 光 度計 的 主要 技 術指 標 , 并 正確運 用檢測方法 , 才能確保分析 數據 的及 時準確 。
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