任务三　测定方法灵敏度

任务引入

任务目标

1.会测定摩尔吸光系数。

2.能说出光吸收定律的内容及表达式。

3.能说出摩尔吸光系数的含义及单位。

工作页

（一）任务分析

1.明晰任务流程

2.任务难点分析

计算摩尔吸光系数。

3.条件需求与准备

同任务二。

（二）任务实施

活动1　准备溶液

取4个50mL干净的容量瓶，用吸量管分别吸取铁标准溶液（10.00μg/mL）2.00mL、4.00mL、6.00mL，放入3个容量瓶中，然后在4个容量瓶中各加入1mL10％盐酸羟胺溶液，摇匀。放置2min后，各加入2mL邻二氮杂菲溶液，混匀后再加10.0mL乙酸铵缓冲溶液，各加纯水至50mL，混匀，放置10～15min。

活动2　测吸光度

用2cm吸收池，以试剂空白为参比，在最大吸收波长处，测定各显色溶液的吸光度，分别计算ε，求出ε的平均值。

知识链接

1.朗伯-波格定律

一束光通量为Φ0的平行单色光垂直入射通过吸收介质，若该吸收介质的表面是互相平行的平面，且它内部是各向同性的、均匀的、不发光的、不散射的，则透射光通量Φtr随吸收介质的光路长度b的增加而按指数减少，如图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——光路长度；

e——自然对数；

k——线性吸收系数。

光路长度是指光通过吸收池内物质的入射面和出射面之间的路程。当辐射以垂直入射时，厚度与光路长度两术语同义。

2.比耳定律

一束平行单色光垂直入射通过一定光路长度的均匀吸收介质，它的透射光通量随介质中吸收物质浓度的增加而按指数减少，如图2-19所示。并由下列方程式表示：

式中　km、kε——质量线性吸收系数或摩尔线性吸收系数，在给定条件下是常数；

ρ——质量浓度；

c——物质的量浓度。

3.朗伯-比耳定律（通用吸收定律）

将朗伯-波格和比耳两定律合并为通用吸收定律，以如下单一方程式表示：

Φtr=Φ0×10-αbρ　或　Φtr=Φ0×10-εbc

A=αbρ　或　A=εbc

式中　α——质量吸光系数，在给定试验条件下是常数；

ε——摩尔吸光系数，在给定试验条件下是常数。A、τ、c三者关系如图2-20所示。

4.吸光系数

待测物质在单位浓度、单位厚度时的特征吸光度。按照使用浓度单位的不同，可有质量吸光系数和摩尔吸光系数之分。

（1）质量吸光系数α

厚度以厘米表示、浓度以g/L表示的吸光系数，其单位为L/（cm·g）。

式中　ρ——质量浓度，单位为g/L；

b——厚度，单位为cm。

（2）摩尔吸光系数ε

厚度以cm表示、浓度以mol/L表示的吸光系数，其单位为L/（cm·mol）。

式中　c——物质的量浓度，单位为mol/L。

摩尔吸光系数越大，在分光光度法中测定的灵敏度也越大，ε作为衡量方法灵敏度的指标。

（三）任务数据记录（见表2-9）

（四）任务评估（见表2-10）

拓展知识　朗伯-比耳定律的偏离

朗伯-比耳定律的应用条件：必须使用单色光；吸收发生在均匀的介质中；吸光物质互相不发生作用。根据朗伯-比耳定律，理论上，吸光度A与吸光物质的浓度c成正比，但在实际工作中，常常遇到偏离线性关系的现象，即曲线向下（负偏离）或向上（正偏离）发生弯曲，产生负偏离或正偏离，或者不通过零点。这种现象称为偏离光吸收定律。

偏离光吸收定律的主要因素如下。

（1）物理性因素　即仪器的非理想引起偏离。

朗伯-比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯-比耳定律的正或负偏离。非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯-比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。

（2）化学性因素　即溶液的化学因素引起偏离。

朗伯-比耳定律假定所有的吸光质点之间不发生相互作用，假定只有在稀溶液（c<10-2mol/L）时才基本符合。当溶液中吸光质点间发生缔合、离解、聚合、互变异构、配合物的形成等相互作用时，使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。

例如：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡

溶液中、的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液pH对测定有重要影响。

（3）比耳定律的局限性引起偏离　严格说，比耳定律是一个有限定律，它只适用于浓度小于0.01mol/L的稀溶液。因为浓度高时，吸光粒子间平均距离减小，以致每个粒子都会影响邻近粒子的电荷分布。这种相互作用使它们的摩尔吸光系数ε发生改变，因而导致偏离比耳定律。实际操作中，常控制待测溶液的浓度在0.01mol/L以下。

思考题

一、判断题

1.当透过光通量Φtr=0时，则吸光度A=100。（　）

2.朗伯-比耳定律适用于一切浓度的有色溶液。（　）

3.比耳定律适用于稀溶液，即c<0.01mol/L。（　）

4.朗伯-比耳定律中，浓度（c）与吸光度（A）之间的关系是通过原点的一条直线。（　）

5.分光光度法的理论依据是朗伯-比耳定律。（　）

6.摩尔吸光系数越大，表示该物质对某波长光的吸收能力愈强，测定的灵敏度就愈高。（　）

7.吸光物质的吸光系数与入射光波长无关。（　）

8.对于均匀非散射的稀溶液，溶液的摩尔吸光系数与溶液的浓度成正比。（　）

二、选择题

1.透射比是指（　）。

A.透射光通量Φtr与入射光通量Φ0之比

B.入射光通量Φ0与透射光通量Φtr之比

C.吸收光通量Φa与入射光通量Φ0之比

D.入射光通量Φ0与吸收光通量Φa之比

2.某溶液的吸光度A=0.500，其百分透射率为（　）。

A.69.4

B.50.0

C.31.6

D.15.8

3.透射比τ由36.8％变为30.6％时，吸光度A改变了（　）。

A.增加了0.080

B.增加了0.062

C.减少了0.080

D.减少了0.062

4.吸光度由0.434增加到0.514时，则透射比τ改变了（　）。

A.增加了6.2％

B.减少了6.2％

C.减少了0.080

D.增加了0.080

5.某一有色溶液在某一波长下用2cm吸收池测得其吸光度为0.750，若改用0.5cm和3cm吸收池，则吸光度各为（　）。

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释时，其最大吸收峰的波长位置（　）。

A.向长波方向移动

B.向短波方向移动

C.不移动，但峰高降低

D.无任何变化

7.测定符合朗伯-比耳定律的某有色溶液的透射比时，若减小溶液的浓度，则测得的透射比将（　）。

A.减小

B.增大

C.不变

D.无法确定

8.一束（　）通过有色溶液时，溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。

A.平行可见光

B.平行单色光

C.白光

D.紫外线

9.有两种不同有色溶液均符合朗伯-比耳定律，测定时若吸收池厚度、入射光强度及溶液浓度皆相等，以下说法的是（　）正确。

A.透过光强度相等

B.吸光度相等

C.吸光系数相等

D.以上说法都不对

10.有甲、乙两个不同浓度的同一有色物质的溶液，用同一波长的光进行测定，当甲溶液用1cm吸收池，乙溶液用2cm吸收池时获得的吸光度值相等，则它们的浓度关系为（　）。

A.甲等于乙

B.乙是甲的二分之一

C.甲是乙的二分之一

D.乙是甲的两倍

11.摩尔吸光系数的单位是（　）。

A.（mol/L）·cm

B.mol·cm/L

C.mol·cm·L

D.L/（mol·cm）

12.质量吸光系数的单位为（　）。

A.克/升·厘米

B.升/摩尔·厘米

C.升/克·厘米

D.克/升·厘米

13.有色溶液的摩尔吸光系数越大，则测定时（　）越高。

A.灵敏度

B.准确度

C.精密度

D.吸光度

14.吸光物质的吸光系数与下面因素中有关的是（　）。

A.吸收池材料

B.吸收池厚度

C.吸光物质的浓度

D.入射光波长

15.摩尔吸光系数很大，则说明（　）。

A.该物质的浓度很大

B.光通过该物质溶液的光程长

C.该物质对某波长光的吸收能力强

D.测定该物质的方法的灵敏度低

16.下列说法正确的是（　）。

A.透射比与浓度成直线关系

B.摩尔吸光系数随被测溶液的浓度而改变

C.摩尔吸光系数随波长而改变

D.光学玻璃吸收池适用于紫外光区

三、计算题

1.某试液显色后用2.0cm吸收池测量时，τ=50.0％，若用1.0cm或5.0cm吸收池测量，τ及A各为多少？

2.KMnO4溶液在525nm处用1.0cm吸收池测得其透射比为36.0％，若将其稀释一倍，则其吸光度和透射比将各为多少？

3.用邻二氮杂菲分光光度法测定铁，已知测定试样中铁的含量为0.500μg/mL，用3.0cm厚度吸收池，在波长510nm处测得吸光度为0.297，请计算邻二氮杂菲亚铁的摩尔吸光系数ε。（MFe=55.85g/mol）

4.安络血的摩尔质量为236g/mol，将其配成100mL含安络血0.4300mg的溶液，盛于1.0cm的吸收池中，在λmax=550nm处测得A值为0.483，试求安络血的质量吸光系数（α）和摩尔吸光系数（ε）。