光度法测定时,测量条件的选择主要包括哪些内容?
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发布时间：2024-07-03 04:15
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时间：2024-07-09 12:19
仪器测量条件的选择包括测量波长的选择，适宜吸光度范围的选择及仪器狭缝宽度的选择。
4.3.2.1 测量波长的选择
通常都是选择最强吸收带的最大吸收波长λmax作为测量波长，亦称为最大吸收原则，以获得最高的分析灵敏度，而且在λmax附近，吸光度随波长的变化一般较小，因波长的稍许偏移而引起吸光度的测量偏差较小，可得到较好的测定精密度。但在测量高浓度组分时，宁可选用灵敏度低一些的吸收峰波长(ε较小)作为测量波长，以保证校正曲线有足够的线性范围。如果λmax所处吸收峰太尖锐，则在满足分析灵敏度的前提下，可选用灵敏度低一些的波长进行测量，以减少比耳定律的偏差。
4.3.2.2 适宜吸光度范围的选择
任何光度计都有一定的测量误差，这是由于测量过程中光源的不稳定、读数的不准确或实验条件的偶然变动等因素造成的。由于吸收定律中透光率T与浓度c为负对数关系，从负对数的关系曲线可以看出，相同的透光率读数误差在不同的浓度范围中引起的浓度相对误差不同，当浓度较大或浓度较小时，相对误差都比较大。因此，要选择适宜的吸光度范围进行测量，以降低测定结果的相对误差。
当吸光度A=0.434时，仪器的测量误差最小；当A增大或减小时，误差都会变大。在分析中，一般选择A的测量范围为0.2～0.8(T为65%～15%)，此时如果仪器的透光率读数误差(ΔT)为1%时，由此引起的测定结果相对误差(Δc/c)约为3%。
在实际工作中，可通过调节待测溶液的浓度或选用适当厚度的吸收池的方法，使测得的吸光度符合要求。
4.3.2.3 仪器狭缝宽度的选择
狭缝的宽度会直接影响测定的灵敏度和校准曲线的线性范围。狭缝宽度过大，入射光的单色性降低，校准曲线偏离比耳定律，灵敏度降低；狭缝宽度过窄，光强变弱，势必要提高仪器的增益，随之造成仪器噪声增大，于测量不利。选择狭缝宽度的方法是测量吸光度随狭缝宽度的变化，狭缝的宽度在一定范围内，吸光度是不变的，当狭缝宽度增大到某一程度时，吸光度开始减小，因此在不减小吸光度时的最大狭缝宽度，即是所要选取的合适的狭缝宽度。
4.3.2.4 显色反应条件的选择
显色反应条件的选择包括显色剂及其用量、反应的酸度和温度、显色的时间等条件的选择。
(1)显色剂及其用量
显色反应中，显色剂与待测离子发生显色反应时，产物组成恒定、稳定性好、显色条件易于控制；产物对紫外、可见光有较强的吸收能力，即ε大；显色剂与产物的颜色对照性好，即吸收波长有明显的差别，一般要求Δλmax﹥60nm。表4.2列出了几种常见的显色剂。
表4.2 一些常用的显色剂
显色剂选定后，还必须选择显色剂的用量。对稳定配合物来说，只要显色剂适当过量时，显色反应都会基本定量完成，显色剂过量的多少影响并不明显；但对于不稳定配合物或可形成逐级配合物时，显色剂的用量关系较大，一般需过量较多或必须严格控制用量。例如：以CNS-作为显色剂测定Mo时，要求生成红色的Mo(CNS)5配合物进行测定，当CNS-浓度过高时，会生成
而使颜色变浅，ε降低;而用CNS-测定Fe(Ⅲ)时，随CNS-浓度增大，配位数逐渐增加，颜色也逐渐加深。因此，必须严格控制CNS-的用量，才能获得准确的分析结果。显色剂用量可通过实验选择，在固定金属离子浓度的情况下，作吸光度随显色剂浓度的变化曲线，选取吸光度恒定时的显色剂用量。
(2)反应的酸度
介质的酸度往往是显色反应的一个重要条件，酸度的影响因素很多，主要从显色剂及金属离子两方面进行考虑。
多数显色剂是有机弱酸(或弱碱)，介质的酸度直接影响着显色剂的离解程度，从而影响显色反应的完全程度。当酸度高时，显色剂离解度降低，显色剂可配位的阴离子浓度降低，显色反应的完全程度也跟着降低。对于多级配合物的显色反应来说，酸度变化可形成具有不同配位比的配合物，产生颜色的变化。在高酸度时多生成低配位数的配合物，可能没有达到金属离子的最大配位数；而在低酸度(pH高)时，游离的配体阴离子浓度相应变大，则可能生成高配位数的配合物。
不少金属离子在酸度较低的介质中，会发生水解而形成各种羟基、多核羟基配合物，有的甚至可能析出氢氧化物沉淀，或者由于生成金属离子的氢氧化物而破坏有色配合物，使溶液的颜色完全褪去。
在实际分析工作中，要通过实验来选择显色反应的适宜酸度，即固定溶液中待测组分和显色剂的浓度，通过改变溶液(通常用缓冲溶液控制)的酸度，分别测定在不同酸度下溶液的吸光度A，绘制A-pH曲线，以此选定最适宜的pH范围。
(3)显色的时间
由于各种显色反应的速度不同，控制一定的显色时间是必要的，尤其是对一些反应速度较慢的反应体系，更需要有足够的反应时间。值得注意的是，介质酸度、显色剂的浓度都将会影响显色的时间。
(4)反应的温度
吸光度的测量是在室温下进行的，温度变化较小时对测量影响不大，但有些显色反应受温度影响较大，需要进行反应温度的选择和控制，特别是进行热力学参数的测定、动力学方面的研究等特殊工作时，反应温度的控制尤为重要。
此外，由于配合物的稳定时间不同，显色后放置时间及测量时间的影响也不容忽视，需经实验选择合适的放置及测量的时间。
4.3.2.5 参比溶液的选择
测量试样溶液的吸光度时，首先要用参比溶液调节透光率为100%，以消除溶液中其他成分以及吸收池和溶剂对光的反射和吸收所带来的误差。根据试样溶液的性质，选择合适组分的参比溶液是很重要的。
(1)溶剂参比
如试样溶液的组成较为简单，共存的其他组分很少，且对测定波长的光几乎没有吸收，对显色剂也没有吸收时，可采用溶剂作为参比溶液，这样可消除溶剂、吸收池等因素的影响。
(2)试剂参比
如果显色剂或其他试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件，只是不加入试样溶液，同样加入试剂和溶剂作为参比溶液。这种参比溶液可消除试剂中的组分产生吸收的影响。
(3)试样参比
如果试样基体(除被测组分外的其他共存组分)在测定波长处有吸收，而与显色剂不起显色反应时，可按与显色反应相同的条件处理试样，只是不加显色剂，作为参比溶液。这种参比溶液适用于试样中有较多的共存组分，加入的显色剂较少，且显色剂在测定波长无吸收的情况。
(4)平行操作溶液参比
用不含被测组分的试样，在相同条件下与被测试样进行同样处理，由此得到平行操作参比溶液。
4.3.2.6 干扰及消除方法
在光度分析中，体系内存在的干扰物质的影响有以下几种情况：干扰物质本身有颜色或与显色剂形成有色化合物，在测定条件下也有吸收；在显色条件下，干扰物质水解，析出沉淀使溶液混浊，致使吸光度的测定无法进行；与待测离子或显色剂形成更稳定的配合物，使显色反应不能进行完全。一般可以采用以下几种方法来消除这些干扰。
(1)控制酸度
根据配合物的稳定性不同，可以利用控制酸度的方法提高反应的选择性，以保证主反应进行完全。例如，双硫腙能与Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等十多种金属离子形成有色配合物，其中与Hg2+生成的配合物最稳定，在0.5mol·L-1H2SO4介质中仍能定量进行，而上述其他离子在此条件下不发生反应。
(2)选择适当的掩蔽剂
使用掩蔽剂消除干扰是常用的有效方法。选取的条件是掩蔽剂不与待测离子发生作用，掩蔽剂以及其与干扰物质形成配合物的颜色应不干扰待测离子的测定。
(3)利用生成的惰性配合物
例如钢铁中微量钴的测定，常用钴试剂为显色剂，但钴试剂不仅与Co2+有灵敏的反应，而且与Ni2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等都有反应。当钴试剂与Co2+在弱酸性介质中一旦完成反应后，即使再用强酸酸化溶液，该配合物也不会分解，而 Ni2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等与钴试剂形成的配合物在强酸介质中会很快分解，从而消除了上述离子的干扰，提高了反应的选择性。
(4)选择适当的测量波长
如有K2Cr2O7存在时测定KMnO4，不选择λmax=525nm，而是选择λ=545nm处测定。溶液的吸光度，K2Cr2O7的干扰即可消除。
(5)分离
若上述方法不易采用时，也可以采用预先分离的方法，如沉淀、萃取、离子交换、蒸发和蒸馏以及色谱分离法(包括柱色谱、纸色谱、薄层色谱等)。
此外，还可以利用化学计量学方法实现多组分同时测定，以及利用导数光谱法、双波长法等新技术来消除干扰。
