比分析的基本原理

第一节比分析的基本原理

比分析是基于溶液对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法，又称吸光光度法。

有物质溶液的颜与其浓度有关。溶液的浓度越大，颜越深。利用光学比较溶液颜的深度，可以测定溶液的浓度。

根据吸收光的波长范围不同以及所使用的仪器精密程度，可分为光电比法和分光光度法等。

比分析具有简单、快速、灵敏度高等特点，广泛应用于微量组分的测定。通常中测定含量在10-1～10-4mg/L的痕量组分。比分析如同其他仪器分析一样，也具有相对误差较大（一般为1%～5%）的缺点。但对于微量组分测定来说，由于绝对误差很小，测定结果也是令人满意的。在现代仪器分析中，有60%左右采用或部分采用了这种分析方法。在医学学科中，比分析也被广泛应用于药物分析、卫生分析、生化分析等方面。

一、物质的颜和光的关系

光是一种电磁波。自然是由不同波长（400～700nm）的电磁波按一定比例组成的混合光，通过棱镜可分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜相连续的可见光谱。如把两种光以适当比例混合而产生白光感觉时，则这两种光的颜互为补。例如绿与紫、黄与蓝互为补。

当白光通过溶液时，如果溶液对各种波长的光都不吸收，溶液就没有颜。如果溶液吸收了其中一部分波长的光，则溶液就呈现透过溶液后剩余部分光的颜。例如，我们看到KMnO4溶液在白光下呈紫红，就是因为白光透过溶液时，绿光大部分被吸收，而其他各都能透过。在透过的光中除紫红外都能两两互补成白，所以KMnO4溶液呈现紫红。

同理，CuSO4溶液能吸收黄光，所以溶液呈蓝。由此可见，有溶液的颜是被吸收光颜的补。吸收越多，则补的颜越深。比较溶液颜的深度，实质上就是比较溶液对它所吸收光的吸收程度。表1-1列出了溶液的颜与吸收光颜的关系。

表1-1　溶液的颜与吸收光颜的关系

溶液颜		绿	黄	橙	红	紫红	紫	蓝	青蓝	青
吸收光	颜	紫	蓝	红的种子青蓝	青	青绿	绿	黄	橙	红
吸收光	波长／nm	400～450	450～480	480～490	490～500 csg	500～560	560～580	580～600	600～650	650～760

二、朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律

当一束平行单光（只有一种波长的光）照射有溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液（图1-1）。

图1-1 光吸收示意图

设入射光的强度为I0，溶液的浓度为c，液层的厚度为b，透射光强度为I，则

式中lgI0/I 表示光线透过溶液时被吸收的程度，一般称为吸光度（A）或消光度（E）。因此，上式又可写为：

A=Kcb

上式为朗伯-比尔定律的数学表示式。L-B 定律可表述为：当一束平行的单光通过溶液时，溶液的吸光度 (A) 与溶液的浓度 (C) 和厚度 (b) 的乘积成正比。它是分光光度法定量分析的依据。

式中，K为吸光系数，当溶液浓度c和液层厚度b的数值均为1时，A=K，即吸光系数在数值上等于c和b均为1时溶液的吸光度。对于同一物质和一定波长的入射光而言，它是一个常数。

三. 吸光系数

Lambert-Beer定律中的比例系数“K ”的物理意义是：吸光物质在单位浓度、单位厚度时的吸光度。

一定条件（温度、波长及溶剂）下，K是物质的特征常数，是定性的依据。

K 在标准曲线上为斜率，是定量的依据。常有两种表示方法：

1. 摩尔吸（消）光系数（）：当 c用 mol/L 、b 用 cm 为单位时，用摩尔吸光系数表示，单位为 L/mol·cm乙二醇二甲醚

A = · b · c

与b及c无关。一般不超过105 数量级，通常： > 104为强吸收； < 102为弱吸收；102 > > 104为中强吸收。

吸收系数不可能直接用1 mol/L浓度的吸光物质测量，一般是由较稀溶液的吸光系数换算得到。

2. 工会帮扶工作管理系统吸光系数

当 c 用 g /L ，b 用 cm 为单位时，K 用吸光系数 a 表示，单位为 L/g·cm

A = a · b · c

与 a 之间的关系为：中国博士后 = M · a

四. 引起偏离 Lambert-Beer 定律的因素

根据 L-B 定律，A与c的关系应是一条通过原点的直线，称为“标准曲线”。但事实上往往容易发生偏离直线的现象而引起误差，尤其是在高浓度时。导致偏离L-B定律的因素主要有：

1. 吸收定律本身的局限性

事实上， L-B 定律是一个有限的定律，只有在稀溶液中才能成立。由于在高浓度时（通常 C > 0.01mol/L），吸收质点之间的平均距离缩小到一定程度，邻近质点彼此的电荷分布都会相互受到影响，此影响能改变它们对特定辐射的吸收能力，相互影响程度取决于C，因此，此现象可导致 A与 C 线性关系发生偏差。

2. 化学因素

溶液中的溶质可因 c 的改变而有离解、缔合、配位以及与溶剂间的作用等原因而发生偏离 L-B 定律的现象。

例：在水溶液中，Cr(Ⅵ)的两种离子存在如下平衡