比爾-朗伯定律
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比爾-朗伯定律
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比爾-朗伯定律
比爾-朗伯定律(Beer–Lambertlaw),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–Beerlaw),是光吸收的基本定律,適用於所有的電磁輻射和所有的吸光物質,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。
概述
一束單色光照射於一吸收介質表面,在通過一定厚度的介質後,由於介質吸收了一部分光能,透射光的強度就要減弱。
吸收介質的濃度愈大,介質的厚度愈大,則光強度的減弱愈顯著,其關係為:
其中:
:吸光度
:入射光的強度
:透射光的強度
:透射比,或稱透光度
:係數,可以是吸收係數或摩爾吸收係數
:吸收介質的厚度,一般以cm為單位
:吸光物質的濃度,單位可以是g/L或mol/L
比爾-朗伯定律的物理意義是,當一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質時,其吸光度與吸光物質的濃度及吸收層厚度成正比。
當介質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的總吸光度是各組分在該波長下吸光度的加和,這一規律稱為吸光度的加合性。
係數:
當介質厚度以cm為單位,吸光物質濃度以g/L為單位時,用表示,稱為吸收係數,其單位為。
這時比爾-朗伯定律表示為。
當介質厚度以cm為單位,吸光物質濃度以mol/L為單位時,用表示,稱為摩爾吸收係數,其單位為。
這時比爾-朗伯定律表示為。
兩種吸收係數之間的關係為:。
歷史
物質對光吸收的定量關係很早就受到了科學家的注意並進行了研究。
皮埃爾·布格(PierreBouguer)和約翰·海因里希·朗伯(JohannHeinrichLambert)分別在1729年和1760年闡明了物質對光的吸收程度和吸收介質厚度之間的關係;1852年奧古斯特·比爾(AugustBeer)又提出光的吸收程度和吸光物質濃度也具有類似關係,兩者結合起來就得到有關光吸收的基本定律——布格-朗伯-比爾定律,簡稱比爾-朗伯定律。
推導
光吸收示意圖。
假設一束強度為的平行單色光(入射光)垂直照射於一塊各向同性的均勻吸收介質表面,在通過厚度為的吸收層(光程)後,由於吸收層中質點對光的吸收,該束入射光的強度降低至,稱為透射光強度。
物質對光吸收的能力大小與所有吸光質點截面積的大小成正比。
設想該厚度為l的吸收層可以在垂直於入射光的方向上分成厚度無限小的多個小薄層,其截面積為,而且每個薄層內,含有吸光質點的數目為個,每個吸光質點的截面積均為。
因此,此薄層內所有吸光質點的總截面積。
假設強度為的入射光照射到該薄層上後,光強度減弱了。
是在小薄層中光被吸收程度的量度,它與薄層中吸光質點的總截面積以及入射光的強度成正比,也就是
負號表示光強度因吸收而減弱,k1為比例係數。
假設吸光物質的濃度為c,則上述薄層中的吸光質點數為
代入上式,合併常數項並設,經整理得
對上式進行定積分,則有
上式中稱為吸光度();而透射光強度與入射光強度之間的比值稱為透射比,或稱透光度(),其關係為:
(請注意本段中透射光強度的符號與首段中的符號不同)
即比爾-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
吸光物質為均勻非散射體系
吸光質點之間無相互作用
輻射與物質之間的作用僅限於光吸收過程,無熒光和光化學現象發生
根據比爾-朗伯定律,當吸收介質厚度不變時,與之間應該成正比關係,但實際測定時,標準曲線常會出現偏離比爾-朗伯定律的現象,有時向濃度軸彎曲(負偏離),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
介質不均勻引起的偏離
化學因素有:
溶液濃度過高引起的偏離
化學反應(如水解、解離)引起的偏離
資料來源:
http://www.wikipedia.tw/
取自"http://eportfolio.lib.ksu.edu.tw/~4980N035/wiki/index.php/%E6%AF%94%E7%88%BE%EF%BC%8D%E6%9C%97%E4%BC%AF%E5%AE%9A%E5%BE%8B"
最後更改11:102010年十二月12日.
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