光度测量基础介绍

光度测量基础介绍

光度测量方法已有超过一个世纪的历史，其根源可追溯至19世纪的基础测量发展。如今，光度计在生物学、化学、工程和药学领域，广泛应用于环境分析、医学诊断和工业质量控制，与pH测量并列为最重要的分析方法之一。

WTW在光度测量领域深耕超过30年，通过自动测量设置和分析质量保证（AQA）简化复杂的测量程序，使用户能够方便快速地完成测量。移动式光度测量在环境和饮用水监测中越来越重要。

光与颜色

Phos（希腊语）意为"光"，metrein（希腊语）意为"测量"。

光度法通过光源分析溶液或溶解样品，通过测量光吸收来确定物质浓度。其原理是光由电磁波组成，不同物质对光的吸收程度各不相同。

比色法与光度法的区别

比色法（Colorimetry）历史比光度法更久远，侧重于使用视觉颜色比较或数字测量来测定溶液中的颜色，通常仅工作在可见光谱范围内。

光度法（Photometry）通过测量光强度来量化光通过样品时的"吸收或透射"，可以使用全光谱波长，包括紫外和红外。

测量原理

光度计测量三种基本类型，彼此递进：

1. 透射率 T（%）：直接测量，由比色皿后（I）和前（I₀）的光强比值得出。透射率随层厚和物质浓度呈指数变化，也用于180°浊度测量（FAU单位）和浊度校正。
   

   

2. 吸光度 E：吸收度或消光度，也称为光学密度，是样品对光的衰减/“消光"程度的衡量指标。它是根据传输的对数计算得出的：E = 对数10（T）。样品中的吸收度与层厚和浓度成正比变化。

3. 浓度：通过消灭或传播获得。 基于校准曲线对特定波长的物质（mg/l，ppm,…）进行定量分析。
   

   

浓度测定的基础

浓度测量的前提条件：

1. 染料以溶解形式存在

2. 颜色可通过特定波长λ的吸光度测量检测

3. 化学反应导致染料的生成或还原（如COD测定）

4. 颜色反应具有固定的反应时间

5. 颜色强度与浓度相关

6. 反应必须对所求物质具有选择性，且不得与其他离子发生交叉反应。

7. 颜色必须在一定时间内保持稳定，例如反应结束后10分钟内颜色不变（参见分析说明）。

Lambert-Beer定律

Lambert-Beer定律描述了吸光度与浓度之间的线性关系：
公式：E = ε × c × d

其中：

• E = 吸光度

• ε = 摩尔吸光系数（物质常数）

• c = 物质浓度

• d = 光程（比色皿厚度）

该定律仅在低浓度且为单色光时严格成立。在高浓度或混合物质情况下会产生偏差。

光度测量的校准

1. 校准曲线
   通过测量已知浓度的标准溶液来建立吸光度与浓度之间的关系。线性范围内的校准遵循Lambert-Beer定律。

2. 零点校准
   测量前必须用空白溶液（去离子水或试剂空白）进行零点校准，以消除仪器漂移和背景干扰。

光度计类型

1. 滤光片光度计（如pHotoFlex系列）
   使用干涉滤光片选择特定波长，结构简单可靠，适用于现场和例行测量。

2. 分光光度计（如photoLab® 7000系列）
   使用光栅或棱镜进行连续波长选择，适用于实验室复杂分析。带参比光束的设备非常稳定，漂移小，较少需要调零。

调零的重要性

1. 滤光片光度计
   每次测量前必须调零，因为不使用参比光束，元器件漂移直接影响测量结果。

2. 分光光度计
   参比光束设计使其非常稳定，漂移小，无需频繁调零。但进行复杂测量（如光谱扫描）时，通常需要基线校准。

示例：在铵测试中，10mE的漂移（未调零）意味着0.04mg/l的误差——在低测量范围内代表10%的可避免假读数。

移动式光度测量实践

数字化和移动式光度测量的两个关键因素：

1. 正确的设备/传感器操作

2. 正确的试剂使用

WTW（Xylem Analytics Germany品牌）提供通用数字便携式分光光度计、坚固的滤光片光度计，以及具有浊度、pH和ORP多参数功能的便携式光度计。