(1)吸收係數法吸收係數是物質的物理常數,隻要測定條件(溶液的濃度、酸度、單色光純度等)不引起對比爾定律的偏離,即可根據測得的樣品吸光度,求出濃度。
(2)標準曲線法不是任何情況都可以用百分吸收係數E1%1cm來計算樣品溶液濃度的,特別是在單色光不純的情況下,吸光度的值會隨所用儀器的不同而在一個相當大的幅度內變化不定,若仍用吸收係數來換算濃度,則將產生很大誤差。但對於任一台工作正常的紫外分光光度計,固定其工作狀態和測定條件,則濃度與吸光度之間的關係,在很多情況下仍然是直線關係或近似於直線的關係。
(3)直接比較法該法是在相同條件下配製樣品溶液和對照品(可以是標準品,也可以是濃度已知的對照樣品)溶液,在所選波長處同時測定吸光度A樣品及A標品,按式計算樣品溶液的濃度:
c樣品/c對照=A樣品/A對照
該法的測定誤差比標準曲線法要大些,為了減少誤差,應將樣品溶液濃度與對照品溶液濃度配製得較為接近。
(二)可見分光光度法定量分析
樣品必須是有色溶液,其測定波長在可見光區。可見分光光度法具有高靈敏度,它的選擇性也較高,常能在幾種物質共同存在的情況下,無需分離或隻作簡單的處理,就可測定其中某種組分的含量,因而在定量分析中得到廣泛的應用。
1.測定法
對於部分化合物可利用其本身的顏色(如色素等),在其最大吸收波長處,直接測定吸光度,計算含量。在大多數情況下,是加入顯色劑使反應生成有色物質,再進行測定。可見分光法的測定同紫外分光光度法。
2.影響定量分析結果的因素
影響定量分析結果的因素有四種,其中主要包括非單色光、溶液濃度、吸收值的範圍、與顯色反應有關的因素等。前三種已在前文討論,在此主要討論與顯色反應有關的因素。
(1)顯色劑濃度的影響待測組分與顯色劑作用,生成有色化合物的反應通常是可逆的,因此為了使待測組分盡量轉變成有色化合物,應當增加顯色劑的濃度。當有色化合物的穩定性較大時,顯色劑隻要稍許過量就足夠了;如果有色化合物的離解度較大,則顯色劑用量必須得多一些。但需注意,並不是顯色劑用量越多越好,有時由於加入過多的顯色劑而生成另一種化合物,偏離光的吸收定律,從而影響測定。此外,顯色劑過多(特別是有色的顯色劑)常使空白增高,靈敏度降低,而且還可能與樣品中的幹擾物作用,影響測定。因此,顯色劑加入過多也是不適宜的,顯色劑的加入量必須是適當過量、定量。
適宜的試劑加入量是通過實驗確定的。建立一個新的方法必須做條件試驗,即保持待測組分濃度和其他條件不變,加入不同量的顯色劑,測定其吸光度A並作圖。開始隨著顯色劑濃度的增加,吸光度不斷增加,當顯色劑濃度增加到一定值時,吸光度不再增加,出現平坦部分,這意味著試劑用量已足夠了,試劑用量應選擇在吸光度不再變化的平坦部分內。
(2)酸度的影響 酸度對待測組分狀態、顯色劑及顯色反應都有影響,分別討論如下。
①對溶液中待測組分狀態的影響:以金屬離子為例,大多數高價金屬離子如Fe3+、Al3+、Th4+、Zr4+在pH較高時,會產生堿式鹽或氫氧化物,影響分光光度測定。因此,為了避免這類離子與顯色劑形成的有色配合物的水解,常需保持一定的酸度。用鋁試劑測定用Al3+時,就是采用乙酸和乙酸鈉緩衝溶液來控製pH為5左右,以避免當pH高時,逐級水解生成Al(OH)2+、[Al(OH)2]-、Al(OH)3以及AlO-2等而影響測定。
②對顯色劑本身顏色的影響:不少有機顯色劑帶有酸堿指示劑的性質,故在不同酸度下有不同的顏色,使測定得不到正確的結果。例如用二甲酚橙來測定鉛的含量,二甲酚橙在pH<6.3時為黃色,pH>6.3時為紅色,而鉛與二甲酚橙配合物的顏色也是紅色,因此必須在pH<6.3的酸性條件下測定。
③對顯色劑反應的影響:許多有機顯色劑本身為弱酸,如磺基水楊酸、鋁試劑、二甲酚橙、雙硫腙等,它們在水溶液中存在弱酸的電離平衡,當氫離子濃度增大時,顯色劑離子濃度要減少,從而會影響與待測組分的顯色反應。此外,在待測組分與顯色劑的量保持不變,當溶液的pH不同時,可以形成具有不同配位數、不同顏色的逐級配合物。如Fe3+與磺基水楊酸(以B表示)作用,在pH為1.8~2.5時,生成紫紅色的[Fe(B)]+;當pH為4.0~8.0時,生成橙紅色的[Fe(B)2]-;當pH為8.0~11.5時,生成黃色[Fe(B)3]3-;pH>12時,有色配合物被破壞,生成Fe(OH)3沉澱。可見,必須控製溶液的pH,才能得到組成穩定的配合物,以保證獲得正確的測定結果。
pH對顯色反應的影響是多方麵的,也是很複雜的,所以最適宜的pH範圍還是需通過條件試驗加以確定。
(3)溫度的影響一般顯色反應均在室溫下完成,但有些顯色反應在室溫下反應很慢,需要在較高溫度下進行。例如用矽鉬藍法測定矽時,在室溫(15~30℃)下形成矽鉬黃需要15~30min,而在沸水浴中隻要30s即可完成。相反,有些反應需要在低溫下進行,例如用對氨基苯磺酸和α-萘胺測定亞硝酸鹽時,溫度不能太高,不然重氮化合物會分解而影響分光光度測定。當溫度改變時,某些有色化合物的吸光係數會發生改變,因此待測溶液和標準溶液應盡可能在相同的溫度下進行測定。
(4)時間的影響有的顯色反應可以很快進行完全,即在顯色後可立即測定其吸光度;有的顯色反應進行較慢,需經過一段時間才能達到穩定的吸光度;在有些情況下,吸光度達到一定值後又慢慢降低、所以在建立一個新的方法時,應先作條件試驗,確定吸光度保持穩定不變的時間範圍。
(5)共存組分的影響共存的幹擾組分本身有色,或能與顯色劑生成有色化合物,或能與待測組分起反應,均會影響分光光度法的準確測定。減少或消除共存組分幹擾的方法有以下幾種。
①盡可能采用選擇性高的試劑:例如丁二酮肟與Ni2+能生成鮮紅色的配合物,該反應的選擇性較高,其他離子的幹擾很少,故廣泛用於鎳的比色測定。
②控製酸度法:例如用磺基水楊酸法測定鐵,在堿性溶液中Cu2+、Al3+、Mn2+有幹擾,但當pH為2~3時,就可在它們的共存下測定鐵。
③配位掩蔽法:加入配位掩蔽劑,使與幹擾離子反應而避免幹擾。例如用雙硫腙測鉛時,鐵、鋁、銅、鋅等離子也與雙硫腙生成配合物,而引起幹擾。但加入檸檬酸鹽及氰化鉀等配位掩蔽劑後,就能避免幹擾。因為檸檬酸鹽能配位鐵、鋁等離子;氰化鉀能與銅、鋅等生成穩定的配合物,不影響對鉛的測定。
④氧化還原法:加入氧化劑或還原劑,改變幹擾離子的價態而消除幹擾。例如測定鉬時,利用Mo5+與SCN-反應生成橘紅色的Mo(SCN)5,進行比色定量,當有Fe3+存在時,也能與SCN-生成紅色物質而產生幹擾。如果加入還原劑氯化亞錫或抗壞血酸,使Fe3+還原為Fe2+,就可以消除幹擾。
⑤選擇適當的測定波長以消除幹擾:例如用分光光度法測定MnO-4,當有Cr2O2-7存在時,Cr2O2-7與MnO-4的吸收光譜在525nm波長有部分重疊。如在525nm波長處,Cr2O2-7會幹擾MnO-4的測定,故選擇545nm波長,便可消除Cr2O2-7的幹擾。
⑥選擇適當的空白溶液以消除幹擾:空白溶液的作用及選擇的一般原則已在前文討論過,在此僅介紹幾種常用空白溶液。
a.溶劑空白:當溶液中隻有待測化合物在測定波長下有吸收,試劑(包括顯色劑)和樣品中其他成分均無吸收時,可用溶劑作空白溶液,簡稱溶劑空白。
b.試劑空白:如果除被測組分外隻有顯色劑在測定波長下對光有吸收,而其他均沒有或吸收很小時,可按照與顯色反應相同的條件(不加樣品),同樣加入各種試劑和溶劑作為空白溶液,稱為試劑空白。
c.平行操作空白:用不含待測組分的樣品,按照與樣品分析相同的條件與樣品平行操作,稱為平行操作空白。這種空白常被當作一個樣品來處理,分析結果應從樣品值中減去該空白值。
d.樣品空白:按照與顯色反應相同的條件,取同樣量的樣品溶液,但不加顯色劑,這種空白溶液稱為樣品空白。適於樣品有底色,而顯色劑無色的情況。
此外,還有改變試劑加入的順序使顯色反應不發生的不顯色空白,以及加入褪色劑以破壞待測組分的有色配合物的褪色空白等。
五、計算分光光度法的簡介
在分光光度分析法中,對於吸收曲線嚴重重疊的多組分的測定,一般是將組分分離後逐個進行測定,這樣既耗費試劑和時間,又增大了工作強度。近年來因計算數學的發展及計算機應用的普及而迅速發展起來的計算分光光度法,則是一種不經分離同時快速測定多組分體係的新方法。
(一)計算分光光度法測定多組分的原理