濃度測量原理?
濃度測量原理會根據待測物質的性質、濃度範圍、以及所需的精確度而有所不同。以下列舉一些常見的濃度測量原理:
一、基於物質的物理性質:
- 光學性質:
- 吸光度法 (Spectrophotometry): 許多物質在特定波長的光線下會吸收光能。根據比爾-朗伯定律 (Beer-Lambert Law),物質的吸光度與其濃度和光程長度成正比。透過測量溶液對特定波長光的吸收程度,可以定量分析溶液中該物質的濃度。紫外-可見光分光光度計 (UV-Vis Spectrophotometer) 是常用的儀器。
- 螢光光譜法 (Fluorometry): 某些物質吸收特定波長的光後會發出螢光,螢光的強度與物質的濃度成正比。此方法比吸光度法更靈敏,適用於低濃度物質的測量。
- 折射率法 (Refractometry): 液體的折射率會隨著溶解物質的種類和濃度而改變。透過測量溶液的折射率,可以推算其濃度。折射儀常用於測量糖度、鹽度等。
- 濁度法 (Turbidimetry) / 光散射法 (Nephelometry): 懸浮在液體中的微粒會散射光線,散射光的強度與懸浮微粒的濃度和大小有關。此方法常用於測量細菌濃度、懸浮固體含量等。
- 電化學性質:
- 電導度法 (Conductivity): 溶液的導電能力與其中離子的濃度成正比。電導度計透過測量溶液的電阻來判斷離子濃度,常用於測量水質、鹽溶液濃度等。
- 電位法 (Potentiometry): 利用離子選擇性電極 (Ion-Selective Electrode, ISE) 測量特定離子的電位。根據能斯特方程式 (Nernst Equation),電極電位與離子濃度的對數成線性關係。pH 計就是一種常見的電位法應用。
- 安培法 (Amperometry) / 伏安法 (Voltammetry): 在電極上施加一定的電位,測量因氧化還原反應產生的電流。電流的大小與被分析物質的濃度有關。電化學感測器常用於氣體和液體中特定物質的測量,例如氧氣感測器、葡萄糖感測器等。
- 質量性質:
- 重量法 (Gravimetry): 將待測物質從樣品中分離出來,例如透過沉澱、過濾、乾燥等步驟,然後精確稱量其質量,從而計算出在原始樣品中的濃度。此方法精確但耗時。
- 密度法 (Density): 液體的密度與溶解物質的濃度有關。透過精確測量液體的密度,可以推算其濃度。
- 其他物理性質:
- 黏度法 (Viscosity): 某些溶液的黏度會隨著溶質濃度的變化而改變。
- 滲透壓法 (Osmometry): 溶液的滲透壓與溶質的粒子數濃度有關。
二、基於化學反應:
- 滴定法 (Titration): 將已知濃度的標準溶液(滴定劑)逐步加入未知濃度的待測溶液中,直到化學反應完全發生(達到滴定終點),根據消耗的滴定劑體積和化學計量關係計算待測溶液的濃度。酸鹼滴定、氧化還原滴定、沉澱滴定等都是常見的類型。
- 比色法 (Colorimetry): 雖然也基於光吸收原理,但比色法通常使用簡單的比色管和標準色階進行目視比較,或使用較簡單的光度計測量特定波長的光吸收,不如分光光度計精確。有時會加入顯色劑與待測物質反應產生有色物質,再進行比色分析。
三、其他方法:
- 色譜法 (Chromatography): 將混合物分離成不同的組分,然後對分離後的組分進行定量分析。氣相色譜 (GC) 和液相色譜 (HPLC) 常與各種檢測器(如質譜儀、火焰離子化檢測器、紫外檢測器等)聯用,以實現對複雜樣品中各組分濃度的測定。
- 質譜法 (Mass Spectrometry): 測量離子的質荷比,可用於鑑定物質並定量其含量。常與色譜法聯用。
選擇哪種濃度測量原理取決於具體的應用需求,包括待測物質的性質、所需的靈敏度和準確度、樣品的複雜程度以及可用的儀器設備等因素。