靈敏度是光度測定方法的重要特征之一,常以摩爾吸收系數(shù)(也稱摩爾消光系數(shù))或符號ε來表示.所謂摩爾吸收系數(shù)是在特定的單色光照射下,濃度為1M的被測液在厚度為1厘米的比色皿中測得的吸光度,在有色液濃度和液層厚度確定時,摩爾吸收系數(shù)值愈大則表示靈敏度愈高(嚴(yán)格地說,應(yīng)對原子量相似的元素而言).一般認(rèn)為,如果當(dāng)ε<20×103時,反應(yīng)為不靈敏,當(dāng)ε值達(dá)20×103-60×103為中等靈敏度,如ε>60×103則為高靈敏度.但ε的最大值約為2×105,即在此值時有色溶液在相應(yīng)波長(λ最大)下具有最深的顏色.
摩爾吸收系數(shù)ε值可按下式計算:
ε=A/C x b
式中A表示在一定波長下分光光度計上測得的溶液吸光度,C為被測溶液的摩爾濃度,b為液層厚度.從上式可知,摩爾吸收系數(shù)未標(biāo)出的單位是升/爾·厘米,但通常并不具出單位.正因為這樣,存在著難以把摩爾吸收系數(shù)與靈敏度更直觀地聯(lián)系起來的缺點.
必須指出,摩爾吸收系數(shù)值的大小與照射光的單色性有關(guān),即與分光光度計上狹縫的寬度或光電比色計上濾色片透過光帶的寬度有關(guān).摩爾隨著照射光譜帶單色性的降低而減?。硪环矫嬉才c有色物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),如有色物的吸收譜帶足夠?qū)挼脑挘敲催@種影響將明顯減?。?br /> 一般研究報告中報道的摩爾吸收系數(shù)通常被稱作為它的理論值,此值通常要比生產(chǎn)實踐中光度測定方法的靈敏度略大.同時,以摩爾吸收系數(shù)來表示反應(yīng)靈敏度的方法只有當(dāng)在反應(yīng)條件下有色物形成率達(dá)98-100%,且在溶液中無論是分析試樣或輔助試劑均不與有色物作用,且不改變其摩爾吸收系數(shù)時最適合.在大多數(shù)情況下,這些條件是可滿足的,但如果當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物——絡(luò)合物的形成率顯著地小于100%,此時便應(yīng)以校正曲線法加以校正.在某些情況下,為了消除干擾和提變反應(yīng)的選擇性,測定常在明顯的不是最適條件下進(jìn)行(如圖Ⅷ-3所示的pH測定條件下進(jìn)行).在這種情況下絡(luò)合物的摩爾吸收系數(shù)(在λ最適或λ測定)只有把在此pH值絡(luò)合物的形成百分率考慮在內(nèi)時才能表達(dá)出靈敏度大?。@時的摩爾吸收系數(shù)理論值(在pH最適時測得)要比其實際值(在pH測定時測得)要大得多.
在分析實踐中,對于形成穩(wěn)定絡(luò)合物的顯色反應(yīng)來說,適用“飽和法”來測定其摩爾吸收系數(shù)的理論值,即在大量過量顯色劑存在下,使被測金屬離子接近完全形成有色絡(luò)合物,以滿足用金屬離子的原始濃度來替代有色絡(luò)合物的濃度的條件,此時可按下式來計算其摩爾吸收系數(shù):
ε=A/(C×b)=A/(CMe×b)
式中A為光密度;b為比色皿厚度,單位為厘米;C即為金屬離子原始濃度,在計算摩爾吸收系數(shù)時,必須把它換算為摩爾/升為單位后才能代入上式.
例如,應(yīng)用偶氮胂Ⅲ測定La時,含La濃度為30微克/25毫升的溶液,在pH=3并加入過量的偶氮胂Ⅲ顯色后,以2厘米比色皿,在655毫微米處測得的密度A=0.87,這時其摩爾吸收系數(shù)可計算如下:
La的原子量為138.90,此時其摩爾濃度為:
[La3+]=(30×10-6/138.90)×(1000/25)=8.6×10-6(M)
A=0.87=ε×C×b=ε×8.6×10-6×2
∴ ε=0.87/8.6×10-6×2=5.06×104
近年來,曾廣泛應(yīng)用三元絡(luò)合物以提高光度測定的靈敏度.在這種情況下,如三個組分濃度不同時只能形成一種固定組成的穩(wěn)定三元絡(luò)合物的話,則摩爾吸收系數(shù)可正確地反映其靈敏度特征;如絡(luò)合物組成不固定的話剛應(yīng)該以靈敏度的其他表示方法來描述它.此外,當(dāng)其他的陽離子引入時能增加反應(yīng)靈敏度,而這種陽離子不與試劑相互作用,只影響基本反應(yīng),這種反應(yīng)的機理尚未精確測定,真正的摩爾吸收系數(shù)也就無法測得.
除摩爾吸收系數(shù)外,靈敏度的另一種較為方便的表示方法為比吸收,常以符號a表示:
a=ε/(元素原子量×1000)
從上式的物理意義來看,比吸收表示在1厘米液層厚,被測溶液濃度為1微克/毫升時溶液對于光的吸收作用.
光度分析靈敏度也常用系數(shù)Ws來表示,即在比色皿厚度為1厘米、吸光度值為0.001時能檢測的被測元素濃度.其絕對值愈小便表示愈靈敏.系數(shù)Ws與摩爾吸收系數(shù)ε之間的相互換算關(guān)系為:
Ws=原于量/ε 或 ε=原子量/Ws
已知系數(shù),則可從上述關(guān)系式求得在此條件下的摩爾吸收系數(shù),Ws的單位為微克/厘米2,這是因為:
ε=A/(C·b)=0.001/[微克/(原子量×1000毫升)×厘米]
=(原于量×毫升)/(微克×厘米)=(原子量×厘米2)/微克
Ws=原子量/ε=(原子量×微克)/(原子量×厘米2)=微克/厘米2
應(yīng)用系數(shù)Ws表示時可方便地比較出不同元素靈敏度的大小,不再受原子量差異的影響.其缺點是作為衡量靈敏度好壞的直觀性較差,初次接觸時難以理解其微克/厘米2與靈敏度之間的直觀關(guān)系.為此也有人提出比較直觀的靈敏度系數(shù)(符號Wk)來表示靈敏度.其意義為在液層厚1厘米,吸光度為0.05時被測元素的濃度,其單位為微克/毫升.顯然,當(dāng)此值愈小時表示愈靈敏.靈敏度系數(shù)Wk與系數(shù)Ws之間的相互關(guān)系為:
Wk=50Ws
上述幾種靈敏度的表示方法在不同場合廣為使用,且按上述各關(guān)系式可作相互換算.