分光光度法应用的探讨

摘要

化学物质的吸收光谱是它的基态多种多样而又定比分布规律的真实反映，所以谱带中具有一定强度的波长都可用于同一相关物质含量的测定；

每一均匀的比色体系（bc），对它吸收谱带中具有一定强度的任一波长λ的吸收，都必然存在着一个与该光强相应的吸收灵敏度最大区间Lλ，在此区间内ΔAp=K(bc)p 或ΔAp=K‘ΔCp而不是A=Kbc；

关键词

分光光度法；基态；吸收光谱

实验部分

主要仪器与试剂

分光光度计：721型，无锡市高速分析仪器厂；

硝酸溶液：1＋3（约4mol/L）；

1＋15（约1mol/L）；

硫磷混酸：硫酸磷酸水的体积比为114；

硝酸银溶液：1%的水溶液；

过硫酸铵溶液：10%的水溶液；

Mn2+标准溶液：2mg/mL。称金属锰纯度≥99.0%）0.2000g，用25mL硝酸（1＋3）溶解，赶去氮的氧化物，冷却后水定容至100mL；

样品的溶液：根据样品锰的含量，称取0.10.2g样品用25mL 硝酸（1+3）溶解，冷却后加水至100mL。

试验步骤

取适量Mn2+的溶液于锥形瓶中，补1＋15硝酸至25mL，加1%硝酸银溶液5mL、10%过硫酸铵溶液10mL，在沸水浴中加热30s，流水冷却至室温，于50mL容量瓶中,以水定容，制成比色液。以试剂空白作参比，用1cm比色皿，在分光光度计上选定波长，测定其吸光度A 。

结果与讨论

吸收波长分析过程

吸取2mg/mL锰的标准溶液0.5mL于锥形瓶中，以实验方法在分光光度计上，测400－700nm波段的

吸光度，绘制高锰酸的吸收光谱（图表 1）。

图表 1

化学物质的吸收光谱是它基态多种多样而且定比分布规律的真实反映，这正是光度法的科学基础。

由图表 1可见，它吸收光谱的525nm-530nm-545nm波段呈明显的“峰谷峰”形状。表明它们各自所对应的基态的量子状态是不同的，它们又都能用于样品锰含量的测定[2,10]，表明它们对应的基态在总体中的分布比率是确定的，因为只有这样，各基态的吸光度才可能与样品锰含量间有必然的定量关系。

不同波长分析曲线

绘制高锰酸吸收谱带其它波长（520nm、530nm、560nm、580nm）的“分析曲线”。准确移取15个不同量的锰标准溶液，以实验方法分别测绘其520nm、530nm、560nm、580nm的“分析曲线”（图2）。

ρ(μg/ml)

图表 2分析曲线

它们的“分析曲线”形状基本相同：都有自己的直线区间, 这一区间的存在正是光度法可靠性的客观基础，所以我们给它一个特定的标志Lλ并以其两端的b与c的乘积表示它们的量值大小，图2中各波长的 Lλ量值大致如下：

L520＝4-28cm.µg/ml ；

L530＝4-36cm.µg/ml ；

L560＝4-44cm.µg/ml ；

L580＝4-52cm.µg/ml 。

都有自己的偏离直线的区间，表明这种“偏离”是一种必然，既非由于它们的波长不单一、也非由于高锰酸溶液（可认为是真溶液而且酸度也不高）中的化学因素.

显然，这些直线与我们GB/T223.5-1997《钢铁及合金化学分析方法 还原型硅钼酸盐光度法测定酸溶硅含量》测定的“工作曲线”相同，只是各自测定的灵敏度和含量范围不同。这表明，高锰酸吸收谱带中的不同波长与通常测定所用的530nm波长一样，都有自己对应的基态，它们在总体中的分布比率也都是确定的，高锰酸吸收光谱正是它基态多种多样而又定比分布规律的真实反映。

光度法的实践表明，各种化学物质的吸收光谱与高锰酸的吸收光谱类似，都是非单一波长的谱带，有的谱带跨度达100―200nm，所以它们同样都是各相关物质基态多种多样而又定比分布规律的真实反映，它们吸收谱带中一定强度的任一波长，同样都可用于相关物质含量的测定，只是各自测定的灵敏度和含量范围不同。

我们把物质基态多种多样而又定比分布的规律叫做“化学物质基态定比分布规律”，而把物质吸收光谱是它基态多种多样而又定比分布规律的真实反映，叫做“化学物质的吸光规律”。这正是光度法之所以可定性、定量测定相关物质的科学基础。

各“分析曲线”中直线区间A与bc）的实际定量关系ρ(μg/ml)

实验数据表明，图2 内各直线部分A=Kbc也不成立，所以我们要讨论该区间A与bc）的实际定量关系。

当一束截面积恒定的单色光λ透过一个比色体系(bc)时，若透过该体系薄层d (bc)的光强度为I，其衰减dI应当与光强I、吸光物质质点与光子的碰撞概率P及吸光薄层d(bc)成正比，即：

dI＝K1IPd(bc) (1)

由于碰撞概率 P的量值，是随体系中的物质浓度C及光强I两个变量的变动而变动的，所以在一般情况下，它是很难确定的。吸收灵敏度最大区间的P值最大（P＝1），这时的P就可与K1合并为K2。式⑴就可变为：

In the Lλ interval the collision probability P＝1,there must be the relation as follow:

dI／I＝K2d(bc)(2)

将式⑵两边分别在Lλ区间积分，并以A1代-logI1/I0，以A2代-logI2/I0吸光度A的定义，整理后得：

ΔAp=K(bc)p (3)

该式表明均匀的比色体系，对它吸收谱带中具有一定强度的任一波长λ的吸收，都必然有一个相应的“吸收”灵敏度最大区间Lλ，在此区间内，该波长的吸光度改变量ΔAP正比于该体系的改变量Δ(bc)P。这就是“比色体系的消光规律”。注脚P表示该式仅适用于P值最大的区间。

它也表明ΔA-(bc)曲线在Lλ区间以外逐渐弯曲的原因正是因为在Lλ区间以外，碰撞概率 P的量值渐渐变小的结果。

当b恒定时Kb= K'上式变为:

ΔAP＝K'ΔCp (4)

所以当测定是在Lλ区间内进行时，就只要选择两个适当的标准样品C1和C2，而不必采用标准系列样品制作校准曲线，试样含量CX即可由下式求得：

CX＝（C2－C1）（AX－A1）／（A2－A1）＋ C1⑸

样品分析

根据上述规律，我们用本文方法在721分光光度计上，用520nm，2比色池，对碳素钢、硅锰钢、高锰钢、锰铁四种样品进行了测定。因为L520＝4-28cm.µg.ml-1 ，选2比色池，所以ΔcP＝0.520µg.mL-1。称取≥0.1000g的样品，先制成Mn2+溶液100mL，再用实验方法测定，结果见表格 1样品测定结果

表格 1样品测定结果

结论

化学物质的吸收光谱是它基态是多种多样而又定比分布规律的真实反映。这就是“化学物质的吸光规律”，它正是光度法之所以可以定性、定量测定相关物质的科学基础；

“比色体系的消光规律”表明，光度法测定必须在该体系的吸收灵敏度最大的区间内进行，仅在这一区间内，ΔAP＝KΔ(bc)P 或ΔAP＝K‘ΔcP 才成立，但又不是 A=Kbc 。测定可采用“两标法”，既不能用“一标准”也不必用“标准系列”,这是实际的客观规律；光度法所测得的“吸光度”，实际上是比色体系对入射光吸收、散射、反射等综合“消光”效应的总结果，所以比色体系不限于“理想溶液”，而可以是“光学性（吸收、散射、反射）”均匀的所有体系，如溶胶、乳浊液等；滤光片波长选择器用于定量测定光度计是无可非议的，而且可以用它研制“多元分光光度计”；

这两个发现改变了对光度法的传统认识和应用操作，给我们展现了一个应用范围最广，测定含量范围最宽（从微量到高含量），标准样品最易制备，操作最简单，使用最方便的分光光度法。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。