医用化学-授课教案:第八章 比色分析法

授课题目

第八章  比色分析法

授课形式

理论课

授课时间

授课学时

2

教学目的

与 要 求

1、了解物质的颜色与光的关系。

2、掌握朗伯比耳定律及比色分析测定原理。了解比色分析测定方法。

基本内容

Chap8  比色分析法

§8.1  比色分析法的基本原理

一、物质的颜色与光的关系

二、朗伯-比尔定律

§8.2  比色分析法的测定方法

一、目视比色法

二、分光光度法

重 点

难 点

重点：朗伯-比尔定律

难点：比色分析法的测定方法

主要教学

媒 体

多媒体

主 要 外

语 词 汇

colorimetry analysis；absorbance；transmittace；visual colorimetry；standard series method；spectrophotometry；spectrophtometer

有关本内容的新进展

主要参考资料或相关网站

《医用化学》  化学工业出版社

《医用化学学习指导及习题解答》   第四军医大学出版社http://ce.sysu.edu。cn/ChemEdu/Echemi/elaborate/wujihuaxue/

http://www.sxmu.edu。cn/jingpin/wujihuaxue/lx.htm

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审查意见

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教学内容

时间分配和

媒体选择

第八章 比色分析法

第一节 比色分析法的基本原理

比色分析法：是基于溶液对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法，又称为吸光光度法。

原理：有色物质溶液的颜色深度与其浓度和液层的厚度有关，利用光学方法比较溶液颜色的深浅，可以测定溶液的浓度。

特点：简单、快速、灵敏度高等，可用于微量组分和痕量组分的测定。

在医学学科中，比色分析法被广泛应用于药物分析、卫生分析、生化分析等方面。

一、物质的颜色与光的关系

自然光是由不同波长（400~760nm)的电磁波按一定比例组成的混合光，通过棱镜可分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色相连续的可见光谱。如把两种光以适当比例混合而产生白光时，这两种光的颜色互为补色，如图所示，直线两端颜色的光互为补色。

光的互补色示意图

当白光通过溶液时，如果溶液对各种波长的光都不吸收，溶液就没有颜色。如果溶液吸收了一部分波长的光，则溶液呈现透过溶液后剩余部分光的颜色。例如，我们看到KMnO₄溶液在白光下呈紫红色，就是因为白光透过溶液时，绿色光大部分被吸收，而其它各色的光都能透过。在透过的光中除紫红色外都能两两互补成白色，所以KMnO₄溶液呈紫红色。

溶液的颜色与吸收光颜色的关系

同理，CuSO₄溶液能吸收黄色光，所以溶液呈蓝色。由此可见，有色溶液的颜色是被吸收光颜色的补色。吸收越多，补色的颜色越深。比较溶液颜色的深浅，实质上就是比较溶液对它所吸收光的吸收程度。

吸收曲线

如果测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图所得曲线。

不同物质有不同吸收曲线，可定性鉴别。

同种溶液，吸收曲线相似，但吸光度随浓度而改变。可定量测定。

定量测定时一般选择最大吸收波长λmax的单色光作为入射光。

（无色溶液可加显色剂)

二、朗伯－比尔（Lambert--Beer)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（见图8-2)。设入射光的强度为I₀。溶液的浓度为c，液层的厚度为b，透射光强度为I，则

光吸收示意图

Kbc

透光率：

吸光度：

吸光系数：

与吸光物质的种类和入射光的波长有关；吸光系数越大，表示溶液对入射光越容易吸收，当c有微小变化时就可使A有较大的改变，因此测定的灵敏度较高。一般ε值在10³以上可进行比色分析。

质量吸光系数：

摩尔吸光系数：

例（1、2)

第二节  比色分析法的测定方法和应用

一、目视比色法

用视力比较样品溶液与标准品溶液的颜色深浅以确定物质含量的方法称为目视比色法。

原理：

颜色深度相同时：A_标＝A_样

c_标L_标＝c_样L_样

液层厚度相同时：c_标＝c_样。

标准系列法（standard series method)是在纳氏比色管中进行测定的。纳氏比色管是一套由同种玻璃制成的大小形状完全相同的平底玻璃管，有的具有玻塞或塑料塞。其容积有10mL、20mL、50mL、100mL等数种，管上具有标线以表示容量。比色管放在下面有反光镜的比色管架上进行比色。

标准系列法的操作步骤：

①相同体积不同浓度的标准溶液置于规格相同的比色管中，加入显色剂成为一系列颜色由浅至深的标准色阶。

②另取一定量的样品溶液，用同样方法，在同样条件下使其显色并稀释至相同的体积，制成样品比色液（其颜色深度应在标准色阶范围内)。然后将样品比色液与标准色阶逐一比较，如样品比色液的颜色与标准色阶中某一标准比色液的颜色相同，则此两者的浓度相等。如样品比色液的颜色介于某两标准比色液的颜色之间，则可取它们浓度的平均值作为样品比色液的浓度，再根据配制样品时的稀释倍数求出样品溶液的浓度。

c_样＝与样品液等色度的标准管溶液浓度×稀释倍数。

比色时可在自然光下进行；可用平视法和俯视法。

pH试纸就是采用的标准系列法。

特点：所用仪器简单，操作方便，液层厚度大，适用于测定低浓度溶液，在野战条件下应用广泛。但比色时须先配制一系列标准色阶，而标准色阶不宜长期保存需临时配制，同时目视比色也容易引入视觉误差，影响分析结果的准确度。

二、分光光度法

以单色光作入射光，通过测定溶液吸光度来求算溶液中被测物质含量的一种分析方法。

1、分光光度计

光源→单色器→吸收池→检测器→放大器→指示器

光源：

单色器：

吸收池或比色皿：

检测器：可见分光光度计中的检测器一般用光电管，它是由一个阳极和一个用光敏感材料制成的阴极组成的真空二极管。当光照射到阴极时，金属表面发射电子，流向电势较高的阳极而产生电流。紫外分光光度计的光电管有红敏（625～1000nm)和蓝敏（200～625nm)两只，可通过手柄转换。光越强，阴极表面发射的电子越多，产生的光电流也越大。

放大器和指示器：光电管产生的电流较弱，约为1×10^-6A，需经放大器放大后输入指示器。指示器一般为微安电表、记录器、数字显示器和打印机等。在微安电表的标尺上同时刻有吸光度和透光率。透光率刻度是等分的。因吸光度与透光率是负对数关系，所以吸光度刻度是不均匀的。

吸光度与透光率标尺

很多精密型分光光度计采用屏幕显示吸收光谱、操作条件及各项数据，并可与计算机联用。

2、可见分光光度法的测定方法

标准曲线法

配制一系列不同浓度的标准溶液，用选定的显色剂显色。选用合适波长的入射光，测定标准系列的吸光度。

以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标作图得到一条通过原点的直线，叫做标准曲线（或称工作曲线)。

将被测溶液置于吸收池中，在相同条件下，测量其吸收度，并在标准曲线上查出其相应的含量。

注意使标准溶液与被测溶液在相同条件下进行测量，且溶液的浓度应在标准曲线的线性范围内。

空白溶液（参比溶液)：

   （1)溶剂空白   当显色剂及制备试液的其它试剂均无色，且溶液中除被测物外无其它有色物质干扰时，可用溶剂作空白溶液，这种空白溶液称为溶剂空白。

   （2)试剂空白   若显色剂有色，试样溶液在测定条件下无吸收或吸收很小时，可用试剂空白进行校正。所谓试剂空白，是按显色反应相同的条件加入各种试剂和溶剂(不加试样溶液)后所得溶液，相当于标准曲线法中浓度为“0”的标准溶液。

   （3)试样空白   当试样基体有色(如试样中混有其它有色离子)，但显色剂无色，且不与试样中被测成分以外的其它成分显色时，可用试样空白校正。所谓试样空白，是指不加显色剂但按显色反应相同条件进行操作的试样溶液。

标准对照法

若仅对个别样品进行测定，且A－ｃ曲线线性良好，可不作标准曲线而直接比较测定结果。

先配制一个与被测物质溶液的浓度相近的标准溶液，与被测溶液在相同条件下测定吸光度，根据下式可以计算。

A_标 = K_标b_标c_标

A_测 = K_测b_{www.med126.com测}c_测

　　由于使用同一波长的入射光，采用同样的比色皿，测定同样的物质，所以

K_标 = K_测

b_标=b_测

因此    

即    

应用示例—铁的含量测定

例  用邻二氮菲测定铁时，已知每毫升试液中含Fe^2＋0.500μg，用2.00cm吸收池于508nm波长处的吸光度为0.198，计算三（邻二氮菲)合铁（Ⅱ)配合物的ε（508nm处)。

解：cFe²⁺ = ×10^-6×1000 = 8.96×10^-6(mol·L^-1)

因为 A = εbc

所以 ε= = 1.10×10^-4(mol·L^-1·cm^-1)