認識分光光度計(四)定量分析|勢動科技

發佈:2019-05-16, 週四

定量分析簡介

定量分析是分光光度計一項重要的功能,利用已知濃度溶液對特定波長光線的吸收程度,來判定其他未知溶液特定溶質的濃度。分光光度計定量分析的基礎是比爾-朗伯定律,當光線水平穿過一特定厚度、盛裝某溶液的透明容器(比色管)之後,在比色管的另外一面,光線強度會衰減,在行程中,部份光線被樣品與比色管吸收。

定量分析基本原理

光線穿過樣品衰減的程度,跟容器中空部位的厚度(也就是光穿過樣品的厚度)、容器的材質 、以及樣品本身的濃度有一定的線性關係。由於比色管的吸收度、比色管的長寬是固定的,因此可以像磅秤扣除容器重量的淨重歸零方式,對比色管與空白溶劑進行歸零,這樣,測量的變因,便只剩下物質的濃度一項。

替光譜儀準備不同濃度的樣品

有些物質,在溶液中並沒有特定顏色而呈現透明狀,無法進行定量。此時,我們可以加入顯色劑,像測量pH酸鹼度的酚紅指示劑,讓該物質與顯色劑反應。等物質變色之後,便能夠測量其濃度。有些樣品,因為本身有其他物質會影響某個色彩的深淺,這時候需要加入其他試劑,去除那些會干擾測量的成份,讓這些成份沈澱或分解,這便是淨化、萃取的步驟。

利用分光光度計進行定量分析

分光光度計是一種有效且經濟的定量分析儀器,尤其是對於那些成份單純、顏色可以控制在單一種顏色 (可以用單一波長分析),它不但操作簡單快速,儀器本身的價格、耗材的成本也比其他定量分析儀器要低很多,如,層析儀、原子吸收光譜儀。分光光度計的定量精度,大多在 ppm 濃度等級,一些變因受控更好的情況下,定量的精度,甚至可以到ppb的等級。只要溶液中的物質,本身不會有明顯散射(微顆粒),質點不會交互作用,對於光線不會有化學反應、沒有螢光,便能用分光光度計執行定量分析。在一般生化實驗室,分光光度計是日常研究不可或缺的儀器。而對於工業品管應用,由於大部分都是已知成份的物質、條件可控,分光光度計尤其是一種很有效率的品管分析儀器。比如六價鉻、水中餘氯、硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽,這些化合物的品管分析。

定量分析操作-選擇測量波長

半透明的待測樣品溶液,無論是本身就有顏色,或經過純化萃取處理與顯色劑發色,若該顏色會隨著溶質的濃度不同而有深淺變化,而且在要求的最高濃度位置不會吸收值飽和,那麼該顏色所屬的波長部位,便可以拿來作為定量分析的基準波長。透過全波長光譜掃描,我們可以看出在哪個波長位置的吸收度,適合該物質的定量分析。

從不同濃度波形掃描結果決定定量波長

以上面這張光譜圖為例,圖中四條線分別是四種濃度的食用色素溶液,利用 UV1800 掃描型紫外可見光分光光度計,全波長掃描功能所測量出來的光譜曲線。從圖中可以看出,若以 400nm 作為定量分析的基準波長,那麼濃度為 400ppm 的色素溶液,已經飽和,無法測得正確結果。350nm 與 380 nm 兩個波長位置,都能用來定量,然而,380nm 波長位置,不同濃度間的吸收值差異較大,測量結果會比 350nm 的吸收值,來得更精準。因為各個濃度間的吸收值距離更大,可以被切割得更細,結果也就更精準。

台灣環檢所與食藥署,或是美國ASTM,也公告了許多分光光度計的檢驗方法,從公告方法中,也能獲得特定物質的測量波長、合適的顯色劑,以及避免干擾的配方。這些公告的標準方法,可以減少自行摸索的時間。

定量分析操作-製作檢量線

檢量線 (Calibration Curve) 是利用數種已知濃度的溶液,個別測量其吸收值,最後以回歸分析得到一條 (濃度-吸收值) 的斜線。檢量線至少需要從3種不同已知濃度的溶液獲得(兩點只有自然的直線,無法知道中間值)。但由於實測結果,各點並不會成為一條絕對理想的斜線,通常5個以上的已知濃度,可以以回歸分析,畫出更準的檢量線。勢動科技的分光光度計,可安裝專用的 Windows 光譜工作站軟體,操作過程有軟體提示,並自動計算,可以快速完成檢量線製作,並測得準確的結果。

定量分析操作-內插法獲得結果

檢量線的斜率,便是吸收值對濃度的比例,將未知濃度溶液所測得的吸收值,套入檢量線的斜率,便能獲得對應的濃度。待測樣品的濃度,以不超過檢量線的濃度範圍為原則,才能用內插法獲得較可靠的結果。

定量分析操作示範影片

以上操作影片是以 UV1700 這部基本款的分光光度計測試,礙於播放時間,一些需要等待儀器穩定的過程,已經經過剪接刪減。

目前有很多可利用分光光度計來測量的公告方法可依循,如,甲醛、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、葉綠素、番茄紅素、鐵質、總酚、氯氣、氨氣、巴拉刈、農藥 (酵素顯色方法)、硫化物、氰化物、磷酸鹽、六價鉻、界面活性劑...

若需要更多有關分光光度計的產品諮詢,或者想了解更有效率的定量測量方法,歡迎聯絡勢動科技,我們將有專人為您服務。

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