光度測量基礎介紹

光度測量方法已有超過一個世紀的歷史，其根源可追溯至19世紀的基礎測量發展。如今，光度計在生物學、化學、工程和藥學領域，廣泛應用于環境分析、醫學診斷和工業質量控制，與pH測量并列為最重要的分析方法之一。

WTW在光度測量領域深耕超過30年，通過自動測量設置和分析質量保證（AQA）簡化復雜的測量程序，使用戶能夠方便快速地完成測量。移動式光度測量在環境和飲用水監測中越來越重要。

光與顏色

Phos（希臘語）意為"光"，metrein（希臘語）意為"測量"。

光度法通過光源分析溶液或溶解樣品，通過測量光吸收來確定物質濃度。其原理是光由電磁波組成，不同物質對光的吸收程度各不相同。

比色法與光度法的區別

比色法（Colorimetry）歷史比光度法更久遠，側重于使用視覺顏色比較或數字測量來測定溶液中的顏色，通常僅工作在可見光譜范圍內。

光度法（Photometry）通過測量光強度來量化光通過樣品時的"吸收或透射"，可以使用全光譜波長，包括紫外和紅外。

測量原理

光度計測量三種基本類型，彼此遞進：

1. 透射率 T（%）：直接測量，由比色皿后（I）和前（I?）的光強比值得出。透射率隨層厚和物質濃度呈指數變化，也用于180°濁度測量（FAU單位）和濁度校正。
   

   

2. 吸光度 E：吸收度或消光度，也稱為光學密度，是樣品對光的衰減/“消光"程度的衡量指標。它是根據傳輸的對數計算得出的：E = 對數10（T）。樣品中的吸收度與層厚和濃度成正比變化。

3. 濃度：通過消滅或傳播獲得。 基于校準曲線對特定波長的物質（mg/l，ppm,…）進行定量分析。
   

   

濃度測定的基礎

濃度測量的前提條件：

1. 染料以溶解形式存在

2. 顏色可通過特定波長λ的吸光度測量檢測

3. 化學反應導致染料的生成或還原（如COD測定）

4. 顏色反應具有固定的反應時間

5. 顏色強度與濃度相關

6. 反應必須對所求物質具有選擇性，且不得與其他離子發生交叉反應。

7. 顏色必須在一定時間內保持穩定，例如反應結束后10分鐘內顏色不變（參見分析說明）。

Lambert-Beer定律

Lambert-Beer定律描述了吸光度與濃度之間的線性關系：
公式：E = ε × c × d

其中：

• E = 吸光度

• ε = 摩爾吸光系數（物質常數）

• c = 物質濃度

• d = 光程（比色皿厚度）

該定律僅在低濃度且為單色光時嚴格成立。在高濃度或混合物質情況下會產生偏差。

光度測量的校準

1. 校準曲線
   通過測量已知濃度的標準溶液來建立吸光度與濃度之間的關系。線性范圍內的校準遵循Lambert-Beer定律。

2. 零點校準
   測量前必須用空白溶液（去離子水或試劑空白）進行零點校準，以消除儀器漂移和背景干擾。

光度計類型

1. 濾光片光度計（如pHotoFlex系列）
   使用干涉濾光片選擇特定波長，結構簡單可靠，適用于現場和例行測量。

2. 分光光度計（如photoLab® 7000系列）
   使用光柵或棱鏡進行連續波長選擇，適用于實驗室復雜分析。帶參比光束的設備非常穩定，漂移小，較少需要調零。

調零的重要性

1. 濾光片光度計
   每次測量前必須調零，因為不使用參比光束，元器件漂移直接影響測量結果。

2. 分光光度計
   參比光束設計使其非常穩定，漂移小，無需頻繁調零。但進行復雜測量（如光譜掃描）時，通常需要基線校準。

示例：在銨測試中，10mE的漂移（未調零）意味著0.04mg/l的誤差——在低測量范圍內代表10%的可避免假讀數。

移動式光度測量實踐

數字化和移動式光度測量的兩個關鍵因素：

1. 正確的設備/傳感器操作

2. 正確的試劑使用

WTW（Xylem Analytics Germany品牌）提供通用數字便攜式分光光度計、堅固的濾光片光度計，以及具有濁度、pH和ORP多參數功能的便攜式光度計。