朗伯-比爾定理定律
比爾-朗伯定律(Beer–Lambert law),又稱比爾定律、比耳定律、朗伯-比爾定律、布格-朗伯-比爾定律(Bouguer–Lambert–Beer law),是光吸收的基本定律,適用于所有的電磁輻射和所有的吸光物質(zhì),包括氣體、固體、液體、分子、原子和離子。比爾-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光電比色法的定量基礎(chǔ)。
概述
一束單色光照射于一吸收介質(zhì)表面,在通過一定厚度的介質(zhì)后,由于介質(zhì)吸收了一部分光能,透射光的強(qiáng)度就要減弱。吸收介質(zhì)的濃度愈大,介質(zhì)的厚度愈大,則光強(qiáng)度的減弱愈顯著,其關(guān)系為:A=log(Io/It)=log(1/T)=K*l*c
其中:
- A:吸光度;
- Io:入射光的強(qiáng)度;
- It:透射光的強(qiáng)度;
- T:透射比,或稱透光度;
- K:系數(shù),可以是吸收系數(shù)或摩爾吸收系數(shù),見下文;
- l:吸收介質(zhì)的厚度,一般以 cm 為單位;
- c:吸光物質(zhì)的濃度,單位可以是 g/L 或 mol/L。
比爾-朗伯定律的物理意義是,當(dāng)一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時,其吸光度 與吸光物質(zhì)的濃度 及吸收層厚度 成正比。
當(dāng)介質(zhì)中含有多種吸光組分時,只要各組分間不存在著相互作用,則在某一波長下介質(zhì)的總吸光度是各組分在該波長下吸光度的加和,這一規(guī)律稱為吸光度的加合性。
系數(shù) K:
- 當(dāng)介質(zhì)厚度 以 cm 為單位,吸光物質(zhì)濃度c 以 g/L 為單位時, K用a表示,稱為吸收系數(shù),其單位為L*g-1* cm-1。這時比爾-朗伯定律表示為A=a*c*l 。
- 當(dāng)介質(zhì)厚度 以 cm 為單位,吸光物質(zhì)濃度c 以 mol/L 為單位時,K用k表示,稱為摩爾吸收系數(shù),其單位為L*mol-1*cm-1。這時比爾-朗伯定律表示為A=kcl 。
兩種吸收系數(shù)之間的關(guān)系為:k=a*M 。
歷史
物質(zhì)對光吸收的定量關(guān)系很早就受到了科學(xué)家的注意并進(jìn)行了研究。皮埃爾·布格(Pierre Bouguer)和約翰·海因里希·朗伯(Johann Heinrich Lambert)分別在1729年和1760年闡明了物質(zhì)對光的吸收程度和吸收介質(zhì)厚度之間的關(guān)系;1852年奧古斯特·比爾(August Beer)又提出光的吸收程度和吸光物質(zhì)濃度也具有類似關(guān)系,兩者結(jié)合起來就得到有關(guān)光吸收的基本定律——布格-朗伯-比爾定律,簡稱比爾-朗伯定律。
前提
比爾-朗伯定律的成立是有前提的,即:
- 入射光為平行單色光且垂直照射;
- 吸光物質(zhì)為均勻非散射體系;
- 吸光質(zhì)點之間無相互作用;
- 輻射與物質(zhì)之間的作用**于光吸收過程,無熒光和光化學(xué)現(xiàn)象發(fā)生。
根據(jù)比爾-朗伯定律,當(dāng)吸收介質(zhì)厚度不變時, 與 之間應(yīng)該成正比關(guān)系,但實際測定時,標(biāo)準(zhǔn)曲線常會出現(xiàn)偏離比爾-朗伯定律的現(xiàn)象,有時向濃度軸彎曲(負(fù)偏離),有時向吸光度軸彎曲(正偏離)。造成偏離的原因是多方面的,其主要原因是測定時的實際情況不完全符合使比爾-朗伯定律成立的前提條件。物理因素有:
- 非單色光引起的偏離;
- 非平行入射光引起的偏離;
- 介質(zhì)不均勻引起的偏離;
化學(xué)因素有:
- 溶液濃度過高引起的偏離;
- 化學(xué)反應(yīng)(如水解、解離)引起的偏離;