光电比色计

光电比色计的使用及溶液浓度的测量
许多物质的溶液是有颜色的，有些物质的溶液本身没有颜色，但可以通过某些试剂的作用而生成有色化合物。

这些溶液具有一个共同的特点，即当其浓度改变时，溶液颜色的深浅也随之改变，溶液愈浓，颜色就愈深。

因此，可以用比较溶液颜色深浅来测定溶液中有色物质的含量，这种基于比较颜色深浅的分析方法称为比色分析，又称吸光光度法。

比色分析具有简单、快速、灵敏度高等特点，广泛应用于微量组分的测定，通常测定 含量在10-1—10-4mg ／L 的痕量组分。

特别是近年来采用了新的特效有机显色剂和络合掩蔽剂，可以经分离而直接进行比色测定。

比色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，比色分析也被广泛应用于药物分析、卫生分析、生化分析、冶炼地质勘测中的物质分析、环境污染中的水质分析等方面。

【实验目的】
1． 了解光电比色计的构造，掌握其原理和使用方法。

2． 熟练掌握用光电比色计测量未知溶液浓度的方法。

【实验仪器】
582-S 光电比色计(含比色皿四个)、滤色片(三个)、已知浓度的标准溶液、待测溶液、蒸馏水 【实验原理】
比色法是化学分析方法的一种，基原理是基于被测定物质溶液的颜色或加入显色剂后生成的有色溶液，其颜色强度和物质含量成比例。

溶液中的物质在光的照射激发下，产生对光的吸收效应。

因此，根据光被有色溶液吸收的强度，可测出溶液内物质的含量的多少。

1．朗伯－比尔定律
当单色光通过厚度相同，而浓度很小的溶液时，光能量减弱的程度和物质的浓度满足朗伯－比尔定律。

当一束平行单色光(只有一种波长的光)照射有色溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液(如图1所示)。

设入射光的强度为0I ，溶液的浓度为C ，液层的厚度为b ，透射光强度为I ，则
KCb I
I =0
10
log (1) 式中I
I 0
10
log 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 )，因此上式可以写成
KCb A = (2)
K 称为吸光系数，它表示有色溶液在单位浓度和单位厚度时的吸光度。

在入射光的波长、溶液种类和温度一定的条件下，K 为定值。

吸光系数是有色化合物的重要特性之一，在比色分析中有着重要的意义。

K 值愈大，表示该物质对光的吸收能力愈强，浓度改变时引起吸光
度的改变愈显著，因此比色测定时灵敏度愈高。

朗伯-比尔定律说明有色溶液对一定强度光的吸收程度，与液层厚度和溶液中有色物质
图1 光吸收示意图
浓度的乘积成正比。

其中朗伯定律说明吸收光与厚度间的关系；比尔定律说明吸收光与浓度间的关系。

比色法中常把
I I
称为透光度，用T 表示，透光度和吸光度的关系如下： KCb T T
I I A =-===1010010
log 1
log log (3) 2． 比色法测溶液浓度的原理
假定有两种有色溶液，其中一种是已知浓度的标准溶液，另一种是待测溶液。

根据公式： 在标准溶液中：s s s s b C K A = (4) 在待测溶液中：x x x x b C K A = (5) 将式(4)除以式(5)可得：
x
s
x x s s x s C C b K b K A A ∙
= (6) 如果上述两种溶液的液层厚度相等、温度相同而且是同一种物质的两种不同浓度的溶液，测定时所选用的单色光的波长亦相同，则有x s K K =、x s b b =，代入式(6)可得：
(7) 这一关系式就是光电比色计的设计依据，也是比色分析的基本计算公式之一。

式中标准溶液的浓度s C 为已知，s A 和x A 可用光电比色计测量出来，则待测溶液的浓度x C 即可求出。

3． 波长的选择
由于有色溶液对光的吸收具有选择性，因此进行比色测定时，滤光片必须加以选择，否则灵敏度很低，导致测量结果不准确。

选择滤光的一般原则是：滤光片最大透过的光线应该是溶液最大吸收的光线。

从颜色上看，滤光片的颜色与待测溶液的颜色应为“互补色”。

什么叫做互补色呢？凡是两种颜色相加后能得到白色，则此两种颜色就称为“互补色”，图2中直接相对的两种颜色，均为互补色。

为什么选择滤光片时，要使滤光片的颜色与待测溶液的颜色为互补色
呢？这是因为滤光片和有色溶液具有相似的透光特性，与它们本身颜色相
同的色光，能够最大限度地透过。

而与它们本身颜色成互补的色光都能被最大地吸收。

图2 互补色光示意图
【实验仪器介绍】
581-s光电比色计由光源、单色器、样品室、光电二极管、微电流放大器、对数放大器、数字电压表等部分组成。

具有以下特点：
图3 581-s光电比色计实物图
1．仪器小巧、结构简单。

2．数字显示清晰、精度高。

3．仪器无须进行暗电流调零，操作方便、测试迅速。

图4 581-s光电比色计的外形示意图
面板部件说明：
1．显示器 2．T选择开关 3．A选择开关 4．C选择开关
5．T粗调节钮 6．T细调节钮 7．A调零钮 8．C校正节钮9．比色皿座 10．比色皿盖 11．滤色片
581-s光电比色计的光路示意图
图5 581-s光电比色计的光路示意图
图中：1．反射镜 2．灯泡 3．绝热玻璃
4．滤色片 5．比色皿 6．光电二极管
【实验内容与步骤】
1．测量前的准备
1)仪器置于坚固的工作台上，以免被测溶液倾斜而造成测量误差。

2)按“互补色原理”选择所需滤色片，插入仪器的滤色片座内，将数据记入表1-1中。

3)接通电源，预热15分钟。

2．溶液吸光度的测定
1)在一只比色皿中注入蒸馏水作空白液，另一只比色皿加入待测试液(黑墨水、蓝墨
水或者红墨水)。

2)将两只比色皿插入仪器上活动的比色皿座内，并将比色皿盖盖上，以遮去杂光。

3)将注入空白蒸馏水的比色皿推入光路，按下T选择开关，调节T粗调节钮和T细调
节钮，使显示器的数字为100．0。

按下A选择开关，调节A调零钮，使显示器的数
字为0．000。

4)将加入待测试液试液(黑墨水、蓝墨水或者红墨水)的比色皿推入光路，按下T选择
开关，即可读出待测试液的透光度，按下A选择开关，即可读出待测试液的吸光度。

将数据记入表1-2中。

5)重复3)、4)操作，对待测试液进行5次测量，将测得的数据记入表1-2中。

3．溶液浓度的测量
1) 按“互补色原理”选择所需滤色片，插入仪器的滤色片座内，将数据记入表2-1中。

2) 在一只比色皿中注入蒸馏水作空白液，另一只比色皿加入标准溶液。

A记入表2-2中。

3) 重复步骤2中的2)、3)、4)，测量标准溶液的吸光度
s
C。

4) 按下C选择开关，调节C校正钮，使显示器的数字为标准溶液的浓度
s
5) 从比色皿座中取出加入标准溶液的比色皿，把加入待测溶液的比色皿插入仪器上活
动的比色皿座内。

A记入表2-2中。

6) 重复步骤2中的2)、3)、4)，测量待测溶液的吸光度
x
C。

7) 按下C选择开关，记下显示器上的数字，即为待测溶液的浓度'
x
8) 重复步骤3中的3)、4)、5)、6)、7)三次，将测得的数据记入表2-2中。

【注意事项】
1．仪器须按顺序操作，不要任意按动各种键钮。

2．仪器应当置于干燥的地方，以免仪器受潮影响测量的正确性。

3．把按互补色原则选择的适当的滤色片插入仪器的滤色片座内，每次插入时应保证它的同一面面对比色皿。

4．用过的比色皿，应用蒸馏水洗净并用细软且能吸水的布或镜头纸揩干。

5．在拿比色皿时，应执握比色皿的磨砂表面(即侧面)，不应触及比色皿的光学平面，从而避免透光度受到影响。

6．测量时应防止比色皿中的溶液漏入仪器中。

7．仪器长期搁置后再次使用时，必须增加预热时间(至少1小时以上)。

8．为保证测量时吸光度的精度，应经常进行校正，具体步骤如下：
1) 将注入空白蒸馏水的比色皿推入光路，按下T 选择开关，调节T 调节钮，使数字显示为100．0，按下A 选择开关，调节A 调零钮，使数字显示为0．000。

2) 按下T 选择开关，调节T 调节钮，使数字显示为10．0，按下A 选择开关，用改锥调节仪器后侧的A(1)校正电位器，使数字显示为1．000。

【数据记录及处理】 表1－1
表1－2
计算 T
1
log 10 ，并与直接测得的吸光度的值A 作比较。

利用公式s s
x
x C A A C
，计算待测溶液的浓度x C = ，并与直接测得的待测溶液的浓度'
x C 作比较 参考补充
有色溶液的颜色是被吸收光颜色的补色。

吸收越多，则补色的颜色越深。

比较溶液颜色的深度，实质上就是比较溶液对它所吸收光的吸收程度。

溶液的颜色与吸收光颜色的关系如下表所示。