1 基本原理

1.1 光的色彩

光是一種電磁波，其色彩由波長(zhǎng)決定。可見光波長(zhǎng)范圍約為380~780 nm，但不同的人所能感受的波長(zhǎng)略有差異。其中紅光為 760~622 nm;橙光為 622~597 nm;黃光為597~577 nm; 綠光為 577~492 nm; 青光為 492~450 nm; 藍(lán)光為 450~435 nm; 紫光為435~380 nm。波長(zhǎng)大于 780 nm的光為紅外光, 波長(zhǎng)小于380nm的光為紫外光。

畫家都知道有三原色：紅、黃、藍(lán)。但那是顏料的三原色。而光的三原色是紅、綠、藍(lán)。用放大鏡仔細(xì)觀看電視機(jī)的屏幕，可以發(fā)現(xiàn)每一個(gè)色點(diǎn)其實(shí)都是由紅、綠、藍(lán)三個(gè)小色點(diǎn)拼合而成的。三個(gè)色點(diǎn)的不同發(fā)光強(qiáng)度就綜合成為某種色彩。當(dāng)為一定的比例關(guān)系時(shí)，肉眼從遠(yuǎn)處看時(shí)就成了白色。平時(shí)我們所見到的光色，都是一段波長(zhǎng)范圍內(nèi)的色光混合而成的色彩。當(dāng)波長(zhǎng)范圍極其狹窄時(shí)，就可以認(rèn)為那一束光是單色光。

1.2光的吸收和物質(zhì)的吸收光譜

光線通過物體，將發(fā)生吸收、散射、旋光等等物理現(xiàn)象。即使是高度透明的物體，其中沒有造成光散射的微粒、氣泡等，也會(huì)有一定程度的吸收。其吸收值與光通過物體的距離 (光程)成正比，也與所通過的物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。

若從白光中去掉某一波長(zhǎng)范圍的色光，剩下的色光就是其補(bǔ)色光。例如品紅色光的補(bǔ)色光是綠色光，黃色光的補(bǔ)色光是藍(lán)紫色光。當(dāng)物質(zhì)從白光中吸收了某個(gè)波長(zhǎng)范圍的光之后，其所反射或透射出來的，就是所剩余的補(bǔ)色光。

不同的物質(zhì)，對(duì)光的不同波段有選擇性的吸收。例如，樹葉吸收了紅光后，反射出紅光的補(bǔ)色光一綠光，于是我們看見的樹葉是綠色的。不同波長(zhǎng)的光被吸收的值，是波長(zhǎng)的函數(shù)，通常為一條山脈狀的曲線。吸收最大處稱為吸收峰。一條吸收曲線上可有一處或數(shù)處吸收峰。光通過物質(zhì)(通常是溶液中)時(shí)被選擇性吸收的函數(shù)，即為該物質(zhì)的吸收光譜，是眾多光譜中的一種。

利用物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收，即其吸收光譜，可以進(jìn)行物質(zhì)的定性和定量分析。不過由于現(xiàn)代儀器分析方法的突飛猛進(jìn)，紫外可見光譜作為定性分析已經(jīng)不重要了，但作為對(duì)已知物的定量分析，仍有相當(dāng)?shù)膬r(jià)值。紅外吸收光譜的曲線復(fù)雜得多，因而攜帶的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息量也大得多，在天然有機(jī)化合物特別是中草藥有效成分的鑒別方面廣泛用于與標(biāo)準(zhǔn)品的比對(duì)；在對(duì)未知的純物質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定方面，至今也仍有一定的意義。

當(dāng)白光通過二氧化氯溶液時(shí)，其吸收峰在 360nm，處于近紫外波段。據(jù)此我們不難預(yù)料到，二氧化氯溶液的顏色應(yīng)該會(huì)是紫色的補(bǔ)色——黃色。事實(shí)正是如此。所以，如果不是黃色的溶液，我們憑肉眼就可以斷定那不可能是二氧化氯溶液。所謂無色的或綠色的二氧化氯溶液都不是真正的二氧化氯溶液。

1.3波長(zhǎng)的選擇

利用吸收光譜進(jìn)行物質(zhì)的定量分析，顯然是要選擇某一個(gè)狹小的波長(zhǎng)范圍的光束。用棱鏡或光柵可以將白光中各波長(zhǎng)的色光分解開來，成為一條譜帶。將一個(gè)狹縫對(duì)準(zhǔn)所需要的波長(zhǎng)，就可以提取出所需要的單色光。這就是所謂分光。

通常，我們選擇所測(cè)物質(zhì)的最大最清晰的吸收峰，即特征峰的波長(zhǎng)。在特征峰處，吸光度受物質(zhì)濃度的影響最為敏感，測(cè)定最準(zhǔn)確。例如對(duì)于二氧化氯溶液而言，最好莫過于360 nm波長(zhǎng)的單色光了。

但不幸的是，在此波長(zhǎng)處次氯酸根也有明顯的吸收，亦即存在干擾。排除干擾可有不同方法，但最簡(jiǎn)單的是將所選的波長(zhǎng)挪動(dòng)一下。研究者們發(fā)現(xiàn)，在430nm處，氯酸根、亞氯酸根、次氯酸根和氯氣都已不存在可察覺的干擾。這個(gè)波長(zhǎng)在二氧化氯吸收函數(shù)曲線上的位置，不在峰頂，而在斜坡上。雖然不是特征峰，吸光度對(duì)濃度不是最敏感，但實(shí)踐表明仍然足夠敏感可用。若再往更大波長(zhǎng)的方向移動(dòng)，則敏感度將下降，不利于測(cè)定；若往波長(zhǎng)更短的方向移動(dòng)，則有干擾。

1.4郎伯比爾定律

利用溶液中物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收進(jìn)行物質(zhì)的定量分析，其理論基礎(chǔ)是吸收值與物質(zhì)的濃度(在一定范圍內(nèi))成正比。當(dāng)然，我們這樣說的時(shí)候，是將其它變量如光程、溫度等予以固定。按照郎伯——比爾定律(亦稱比爾——郎伯定律)：A= lg(1/T)=K×b×c式中，A為吸光度；T為透光度(或曰透射比，即出射光強(qiáng)度I與入射光強(qiáng)度I?之比)，也就是光被吸收后衰減的程度；K為摩爾吸光系數(shù)(與吸收物質(zhì)的性質(zhì)及入射光的波長(zhǎng)λ有關(guān))；c為吸光物質(zhì)的濃度，單位為物質(zhì)的量濃度 mol/L；b為吸收層厚度，單位為 cm。

A= lg(1/T)=-log T,數(shù)學(xué)上是一個(gè)負(fù)對(duì)數(shù)的關(guān)系,此處不必深究。重要的是, A=K×b×c,光的吸收度與物質(zhì)的濃度及光程成正比。光程就是比色皿中溶液的厚度，若我們將它固定為1cm，則光的吸收度就只與物質(zhì)的濃度呈正比了。

2.分光光度計(jì)

分光光度計(jì)根據(jù)其所操作的波段，有可見與可見紫外之分，后者包括了可見光波段和紫外光波段。當(dāng)使用紫外波段時(shí)，比色皿應(yīng)使用石英材料。430nm 尚屬可見光范圍，故二氧化氯溶液的含量測(cè)定用可見光的分光光度計(jì)即可。

分光光度計(jì)的型號(hào)很多，波長(zhǎng)范圍有的包括紫外，有的可以自動(dòng)掃描，還有的具有雙波長(zhǎng)雙光束功能，可根據(jù)自己的實(shí)際需要選用，沒有特別的要求。本文不作品牌和型號(hào)的推薦。對(duì)于二氧化氯溶液濃度測(cè)定的目的，功能最簡(jiǎn)單的分光光度計(jì)就可以滿足要求。

3 討論

適用于常量二氧化氯水溶液的濃度(含量)測(cè)定，適用濃度為10~600 mg/L，超出此濃度范圍的樣品不適用本法測(cè)定。該方法徹底擺脫了五步碘量法的束縛。不是說五步碘量法不正確，而是操作不易，不適合基層企業(yè)采用，而且偏差大，重現(xiàn)性差。分光光度法為二氧化氯的快速、準(zhǔn)確測(cè)定提供了手段，值得在二氧化氯行業(yè)內(nèi)大力推廣。