任務三　測定方法靈敏度

任務引入

任務目標

1.會測定摩爾吸光系數。

2.能說出光吸收定律的內容及表達式。

3.能說出摩爾吸光系數的含義及單位。

工作頁

（一）任務分析

1.明晰任務流程

2.任務難點分析

計算摩爾吸光系數。

3.條件需求與準備

同任務二。

（二）任務實施

活動1　準備溶液

取4個50mL干凈的容量瓶，用吸量管分別吸取鐵標準溶液（10.00μg/mL）2.00mL、4.00mL、6.00mL，放入3個容量瓶中，然后在4個容量瓶中各加入1mL10％鹽酸羥胺溶液，搖勻。放置2min后，各加入2mL鄰二氮雜菲溶液，混勻后再加10.0mL乙酸銨緩沖溶液，各加純水至50mL，混勻，放置10～15min。

活動2　測吸光度

用2cm吸收池，以試劑空白為參比，在最大吸收波長處，測定各顯色溶液的吸光度，分別計算ε，求出ε的平均值。

知識鏈接

1.朗伯-波格定律

一束光通量為Φ0的平行單色光垂直入射通過吸收介質，若該吸收介質的表面是互相平行的平面，且它內部是各向同性的、均勻的、不發光的、不散射的，則透射光通量Φtr隨吸收介質的光路長度b的增加而按指數減少，如圖2-18所示。并有下列方程表示：

式中　Φtr——透射光通量；

Φ0——入射光通量；

b——光路長度；

e——自然對數；

k——線性吸收系數。

光路長度是指光通過吸收池內物質的入射面和出射面之間的路程。當輻射以垂直入射時，厚度與光路長度兩術語同義。

2.比耳定律

一束平行單色光垂直入射通過一定光路長度的均勻吸收介質，它的透射光通量隨介質中吸收物質濃度的增加而按指數減少，如圖2-19所示。并由下列方程式表示：

式中　km、kε——質量線性吸收系數或摩爾線性吸收系數，在給定條件下是常數；

ρ——質量濃度；

c——物質的量濃度。

3.朗伯-比耳定律（通用吸收定律）

將朗伯-波格和比耳兩定律合并為通用吸收定律，以如下單一方程式表示：

Φtr=Φ0×10-αbρ　或　Φtr=Φ0×10-εbc

A=αbρ　或　A=εbc

式中　α——質量吸光系數，在給定試驗條件下是常數；

ε——摩爾吸光系數，在給定試驗條件下是常數。A、τ、c三者關系如圖2-20所示。

4.吸光系數

待測物質在單位濃度、單位厚度時的特征吸光度。按照使用濃度單位的不同，可有質量吸光系數和摩爾吸光系數之分。

（1）質量吸光系數α

厚度以厘米表示、濃度以g/L表示的吸光系數，其單位為L/（cm·g）。

式中　ρ——質量濃度，單位為g/L；

b——厚度，單位為cm。

（2）摩爾吸光系數ε

厚度以cm表示、濃度以mol/L表示的吸光系數，其單位為L/（cm·mol）。

式中　c——物質的量濃度，單位為mol/L。

摩爾吸光系數越大，在分光光度法中測定的靈敏度也越大，ε作為衡量方法靈敏度的指標。

（三）任務數據記錄（見表2-9）

（四）任務評估（見表2-10）

拓展知識　朗伯-比耳定律的偏離

朗伯-比耳定律的應用條件：必須使用單色光；吸收發生在均勻的介質中；吸光物質互相不發生作用。根據朗伯-比耳定律，理論上，吸光度A與吸光物質的濃度c成正比，但在實際工作中，常常遇到偏離線性關系的現象，即曲線向下（負偏離）或向上（正偏離）發生彎曲，產生負偏離或正偏離，或者不通過零點。這種現象稱為偏離光吸收定律。

偏離光吸收定律的主要因素如下。

（1）物理性因素　即儀器的非理想引起偏離。

朗伯-比耳定律的前提條件之一是入射光為單色光。分光光度計只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復合光可導致對朗伯-比耳定律的正或負偏離。非單色光、雜散光、非平行入射光都會引起對朗伯-比耳定律的偏離，最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。

（2）化學性因素　即溶液的化學因素引起偏離。

朗伯-比耳定律假定所有的吸光質點之間不發生相互作用，假定只有在稀溶液（c<10-2mol/L）時才基本符合。當溶液中吸光質點間發生締合、離解、聚合、互變異構、配合物的形成等相互作用時，使吸光質點的濃度發生變化，影響吸光度。

例如：鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡

溶液中、的顏色不同，吸光性質也不相同。故此時溶液pH對測定有重要影響。

（3）比耳定律的局限性引起偏離　嚴格說，比耳定律是一個有限定律，它只適用于濃度小于0.01mol/L的稀溶液。因為濃度高時，吸光粒子間平均距離減小，以致每個粒子都會影響鄰近粒子的電荷分布。這種相互作用使它們的摩爾吸光系數ε發生改變，因而導致偏離比耳定律。實際操作中，?？刂拼郎y溶液的濃度在0.01mol/L以下。

思考題

一、判斷題

1.當透過光通量Φtr=0時，則吸光度A=100。（?。?/p>

2.朗伯-比耳定律適用于一切濃度的有色溶液。（?。?/p>

3.比耳定律適用于稀溶液，即c<0.01mol/L。（?。?/p>

4.朗伯-比耳定律中，濃度（c）與吸光度（A）之間的關系是通過原點的一條直線。（?。?/p>

5.分光光度法的理論依據是朗伯-比耳定律。（?。?/p>

6.摩爾吸光系數越大，表示該物質對某波長光的吸收能力愈強，測定的靈敏度就愈高。（?。?/p>

7.吸光物質的吸光系數與入射光波長無關。（　）

8.對于均勻非散射的稀溶液，溶液的摩爾吸光系數與溶液的濃度成正比。（?。?/p>

二、選擇題

1.透射比是指（?。?。

A.透射光通量Φtr與入射光通量Φ0之比

B.入射光通量Φ0與透射光通量Φtr之比

C.吸收光通量Φa與入射光通量Φ0之比

D.入射光通量Φ0與吸收光通量Φa之比

2.某溶液的吸光度A=0.500，其百分透射率為（?。?。

A.69.4

B.50.0

C.31.6

D.15.8

3.透射比τ由36.8％變為30.6％時，吸光度A改變了（?。?/p>

A.增加了0.080

B.增加了0.062

C.減少了0.080

D.減少了0.062

4.吸光度由0.434增加到0.514時，則透射比τ改變了（?。?。

A.增加了6.2％

B.減少了6.2％

C.減少了0.080

D.增加了0.080

5.某一有色溶液在某一波長下用2cm吸收池測得其吸光度為0.750，若改用0.5cm和3cm吸收池，則吸光度各為（?。?。

A.0.188/1.125

B.0.108/1.105

C.0.088/1.025

D.0.180/1.120

6.符合比耳定律的有色溶液稀釋時，其最大吸收峰的波長位置（?。?/p>

A.向長波方向移動

B.向短波方向移動

C.不移動，但峰高降低

D.無任何變化

7.測定符合朗伯-比耳定律的某有色溶液的透射比時，若減小溶液的濃度，則測得的透射比將（?。?。

A.減小

B.增大

C.不變

D.無法確定

8.一束（?。┩ㄟ^有色溶液時，溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。

A.平行可見光

B.平行單色光

C.白光

D.紫外線

9.有兩種不同有色溶液均符合朗伯-比耳定律，測定時若吸收池厚度、入射光強度及溶液濃度皆相等，以下說法的是（?。┱_。

A.透過光強度相等

B.吸光度相等

C.吸光系數相等

D.以上說法都不對

10.有甲、乙兩個不同濃度的同一有色物質的溶液，用同一波長的光進行測定，當甲溶液用1cm吸收池，乙溶液用2cm吸收池時獲得的吸光度值相等，則它們的濃度關系為（?。?。

A.甲等于乙

B.乙是甲的二分之一

C.甲是乙的二分之一

D.乙是甲的兩倍

11.摩爾吸光系數的單位是（?。?/p>

A.（mol/L）·cm

B.mol·cm/L

C.mol·cm·L

D.L/（mol·cm）

12.質量吸光系數的單位為（?。?。

A.克/升·厘米

B.升/摩爾·厘米

C.升/克·厘米

D.克/升·厘米

13.有色溶液的摩爾吸光系數越大，則測定時（　）越高。

A.靈敏度

B.準確度

C.精密度

D.吸光度

14.吸光物質的吸光系數與下面因素中有關的是（?。?。

A.吸收池材料

B.吸收池厚度

C.吸光物質的濃度

D.入射光波長

15.摩爾吸光系數很大，則說明（　）。

A.該物質的濃度很大

B.光通過該物質溶液的光程長

C.該物質對某波長光的吸收能力強

D.測定該物質的方法的靈敏度低

16.下列說法正確的是（?。?。

A.透射比與濃度成直線關系

B.摩爾吸光系數隨被測溶液的濃度而改變

C.摩爾吸光系數隨波長而改變

D.光學玻璃吸收池適用于紫外光區

三、計算題

1.某試液顯色后用2.0cm吸收池測量時，τ=50.0％，若用1.0cm或5.0cm吸收池測量，τ及A各為多少？

2.KMnO4溶液在525nm處用1.0cm吸收池測得其透射比為36.0％，若將其稀釋一倍，則其吸光度和透射比將各為多少？

3.用鄰二氮雜菲分光光度法測定鐵，已知測定試樣中鐵的含量為0.500μg/mL，用3.0cm厚度吸收池，在波長510nm處測得吸光度為0.297，請計算鄰二氮雜菲亞鐵的摩爾吸光系數ε。（MFe=55.85g/mol）

4.安絡血的摩爾質量為236g/mol，將其配成100mL含安絡血0.4300mg的溶液，盛于1.0cm的吸收池中，在λmax=550nm處測得A值為0.483，試求安絡血的質量吸光系數（α）和摩爾吸光系數（ε）。