分光光度法介绍

这集呢 我要给大家 简单介绍一下 分光光度测定法 分光光度法 听起来好高端 但是其实它的原理非常简单 假如有2种溶液 溶液里有某种溶质 这是溶液1 这个呢 是溶液2 我们先假设 试管的直径都是一样的 比如说这是溶液1… 我写在这边上 溶液1 溶液2 假如溶液1的溶质较少 这个是液面 这个溶液中溶质比较少 假设用肉眼看 溶液是黄色的 这个的溶质比较少 我这么画吧 我打上阴影 这个溶液中的溶质较少 然后假设溶液2的溶质比较多 较多的溶质 阴影密集一点 表示这里的溶质比较多 这个溶液的浓度比较高 我写上 浓度更高 然后这个溶液 浓度较低 下面呢 大家来想象一下 如果用一束光照射这两个试管 假如 我们用对溶质 最敏感的 波长的光来照射溶液 我先就这么大概说一下 假设用某种波长的光 以某种强度照射 就把它叫做“入射强度”吧 我用I0来表示 表示光的强度 那么这束光从试管另一侧透过来之后 会怎么样呢？ 好啦 有一部分光会被吸收掉 这束光中某种频率的的光 就会被试管中的 小分子们吸收掉 所以说 从另一侧透过来的光 强度会变弱 尤其是那些分子更易吸收的 频率的光强度减弱更明显 从试管另一侧透出来的光 强度会降低 我用I1来表示透射光强度 这边呢 如果入射光的强度相同… 也就是I0 这其实是个箭头 不过有点小 如果用同样强度的光照射这个试管 这两个数相等 光的强度相等 会怎么样呢？ 好啦 光通过试管的时候 会有更多这种频率的光 被分子吸收掉 光子会撞击更多的分子 因为这个溶液中分子的浓度高了 所以如果溶液比较浓 透射光的… 我用I2来表示透射光强度 溶液2的透射光强度 要比溶液1的透射光强度弱一些 所以 I2就比较弱了 I2要小于I1 这从直观上应该不难理解 大家可以想象一下 这些光子会和更多的分子相撞 它们会被更多的分子吸收 所以能透过这个试管的光子 就变少了 因为这个试管中溶液浓度比较低 如果试管变大 道理也是一样的 我再画个试管 我画一个直径翻倍的试管 假设它的浓度和2号溶液一样 这是溶液3 它和溶液2的浓度相同 我尽量把这俩画像点儿 然后光从这里射进来 通常啊 入射光的频率 都是溶液最容易吸收的频率 假设它的入射光和前两个相同 然后有一部分入射光 穿过试管 从这里出来 其实出射光就是我们眼睛能看到的那部分 这边用I3表示 会怎么样呢？ 看好啦 浓度是一样的 但是同样的浓度 这个光穿过的距离更长 同样地 光子也会撞击更多的分子 所以更多的光子被吸收掉了 更少的光透射过来 所以I2小于I1 而I3是最小的 大家仔细观察一下 这个的透射光最弱 这个比那个强一点 这个的透射光最强 所以如果你这样看 眼睛在这里观察 画点长长的睫毛 这个溶液的颜色最浅 因为进入眼睛的光最多 而这个的颜色稍微深一点点 这个颜色是最深的 这些都非常符合常识的 如果你溶解一些东西在水里 如果只溶解一点点 那么水还是很透明的 但是如果你放很多进去 水就没那么透明了 如果你用的杯子 或者试管的直径变大 溶液就会更不透明 但愿这个实验能让大家 对分光光度法的原理有个直观理解 下一个问题就是 这个原理有什么用处呢？ 跟我有什么关系呢？ 好啦 分子对光子的吸收非常有用 利用出射光的强度 和入射光的强度的比值 可以算出溶液的浓度哦 这就是我们在化学中 要讨论它的原因啦 在这之前 下集我会给大家看一个例子的 现在我先来给大家介绍一些术语 介绍一下测量浓度的方法 也就是说 测量透射光和入射光的 比值的方法 首先我来介绍一下 透光率 定义透光率的科学家们就说了 好啦 我们真正关心的是 透射光的强度和入射光强度的比值 那就把透光率定义成那个比值好了 透过光的强度… 在这个例子里面 1号溶液的透光率 就是透射光的强度I1 除以入射光的强度I0 在这里 透光率就是 透射光强度I1 除以入射光强度I0 大家看 这个的透光率肯定要小一些 因为I2小于I1 所以这个溶液的透光率比溶液1的小 这叫透光率2 这是透光率1 透光率3呢 就是这个透射光 也就是透射光 除以入射光 这是最小的 然后是2号 最后是1号 这个的透光率最小… 它的透明度最低 这个高一点 这个最高 我们来看下一个概念 实际上就是个变型 当然不是从数学概念 这个概念就是从透光率变过来的 一会儿我们就会发现 它更直接 它就是 吸光度 这里 要是我们想测量的 是溶液吸收光子的能力呢？ 这是透光能力的量度 这个数越大 说明透光能力越强 而吸光度是吸收光子的量度 这两个是相反的 如果溶液的透光能力强 那么它的吸光能力一定较弱 好多光子都没有被吸收 而如果溶液的吸收能力强 那么它的透射能力一定较弱 所以吸光度就是… 它的定义就是 透光率的负对数 这个对数的底是10 大家也可以这么看 我们已经定义过透光率啦 所以就可以看作 透射光比上入射光的负对数 但是它等于透光率的负对数 会比较简单 如果透射率很大的话 吸光度一定很小 对吧 如果溶液透过了很多光 那么吸光度一定很小 也就是说吸收的光比较少 如果透光率很小 就说明溶液吸收了很多光子 所以这个数就一定较大了 这就是取负对数的作用啦 还有个更有意思的定律 就是比尔-朗伯定律 大家可以试着证明一下 我们下集会用到这个定律 比尔-朗伯定律 我不太清楚 这个定律的历史 但肯定是一个叫比尔的人发明的 但是我总觉得是因为 用了啤酒(beer)做透光试验而得名的 比尔-朗伯定律说 吸光度和… 我应该这样写 吸光度和光程长 光程长就是 光穿过溶液的路程的长度 吸光度 和光程长与浓度的乘积 成正比 这里的浓度 通常都是物质的量浓度 或者也可以说 吸光度等于某个常数 用小写的ε表示这个常数 这个常数由溶液特性决定的 跟相关溶质本身的特性有关 也就是这个溶液本身 还有温度啦 压力啦 等等这些条件 好啦 这个等于某个常数 乘以光程长 再乘以溶液的浓度 我再强调一下 这个c表示浓度 这个方程超级有用是因为 大家可以想想 如果已知某种溶液的浓度… 我画一个示意图 画一个坐标轴 这里是浓度 是浓度轴 这里用的是物质的量浓度 原点是0 然后呢 嗯… 0.1 0.2 0.3 等等 然后这里是吸光度 纵轴表示吸光度 这样表示吸光度 假如我们已知 某种溶液的浓度 假设浓度是0.1mol/L “M”表示“mol/L” 如果你测出溶液的吸光度 是这个数 你测出它的吸光度 是这么多 溶液的浓度很低 所以吸收不了很多光 你测出来的是… 某个数 比如是0.25 假设 再取另外一个浓度的溶液 假设是0.2mol/L的 现在你就能说 看 它的吸光度是0.5 我换个别的颜色 它的吸光度应该是0.5这里 前面应该加个0 0.2和0.25 这就说明 它们的关系是线性的 对于任何溶液 吸光度和浓度的关系都是一条直线 用代数中的说法 就是这个ε就是 直线的斜率 噢 其实ε乘以光程长才是直线斜率 我可不想把大家讲晕了 最重要的是 这是一条直线 这个公式之所以好用是因为… 大家可以用代数的方法 来表示出直线的方程 或者也可以直观地看图 只要知道两种浓度 并算出它们的吸光度… 哦不对 吸光度是测量出来的 因为已知吸光度和浓度是线性关系 也就是比尔-朗伯定律 如果继续测量不同浓度的吸光度的话 这些点总会落在这条直线上 大家还反过来看 通过这个公式反过来算出溶液的浓度 首先呢 要测出溶液的吸光度 假设这儿有个未知浓度的溶液 然后先测量它的吸光度 在这儿 假设是0.4 吸光度是0.4 然后这样拉过来 好啦 溶液的浓度一定 是这个数啦 大家可以直接观察 也可以用代数方法算出来 可以看出浓度非常接近0.2mol/L 差一点点就是0.2mol/L了 好啦 下集 我们来看一道例题 好啦 下集 我们来看一道例题