比爾定律 - 科學Online
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當測量條件不符合上述前提,以比爾定律計算出的結果就會出現大幅誤差。
例如由於濃度的增加,而造成溶液當中組成成分的改變,使得吸光係數並非恆定。
Monday15thNovember2021
15-Nov-2021
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紫外–可見光光譜學(ultraviolet–visiblespectroscopy)
國立臺灣師範大學化學系碩士生洪嘉駿
有許多化合物會吸收紫外光或者是可見光,特別是擁有$$\pi$$電子和非鍵結電子($$n$$電子)的化合物會吸收紫外光而激發電子躍遷到更高能階的化合物,我們利用此現象來發展成定性分析的技術之一。
紫外-可見光光譜除了可以用來做為定性分析之外,還可以把朗伯-比爾定律(Lambert-Beer’s law)應用其中而用於定量分析。
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比爾定律(Beer’sLaw)的限制
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
比爾定律,又稱作比爾──朗伯定律(Beer-LambertLaw),是一個光學基礎定律。
當光穿透樣品溶液時,光的吸收度(A)與吸收係數()、光徑長(l)、濃度(c)三者均呈正比:A=lc
然而,比爾定律並不適用各種狀況,只適用在某些前提與限制下:
1.溶液必須是一個均質的溶液,不能存在不均勻的現象。
2.溶液當中的分子彼此之間不互相作用,例如稀薄溶液。
3.溶質分子不會因入射光的照射而進行反應。
4.溶液必須是澄清的,也就是說不能產生散射現象。
5.僅考慮光的吸收,忽略光的散射、反射等行為。
6.光源使用單色的平行光。
也就是每一束光是相同的波長,且通過相同長度的介質溶液,因為莫耳吸收係數會隨著波長而有所不同。
當測量條件不符合上述前提,以比爾定律計算出的結果就會出現大幅誤差。
例如由於濃度的增加,而造成溶液當中組成成分的改變,使得吸光係數並非恆定。
例如在水中鉻酸根離子與二鉻酸根離子遵守下列的平衡反應:
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比爾定律(Beer’sLaw)與吸收度(Absorbance)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
比爾定律,又稱作比爾──朗伯定律(Beer-LambertLaw),是一個光學基礎定律。
當光穿透樣品溶液時,光的吸收度\((A)\)與吸收係數\((\alpha)\)、光徑長\((l)\)、濃度\((c)\)三者均呈正比:\(A=\alphalc\)
其中 \(\alpha\)為吸收係數(absorptivity,或稱absorptioncoefficient),亦可稱為消光係數(extinctioncoefficient,\(k\))。
然而,若是在光徑長\(b\)使用了cm作為單位,並且濃度\(c\)使用\(M\)作為單位,吸收係數以\(M^{-1}cm^{-1}\)作為單位,那麼這時候的吸收係數,即可稱為莫耳吸收係數(molarabsorptivity),其符號以\(\varepsilon\)來代表。
莫耳吸收係數\(\varepsilon\)的使用相當頻繁,以至於還比吸收係數\(\alpha\)來的常出現。
因此,常見的比爾定律表示方法為:\(A=\varepsilonbc\)
此外,我們需要瞭解的另一個重要定義是光的吸收度(absorbance)。
當一束光線照射到一樣品溶液時,部份的光線會被樣品溶液吸收,剩下的光線則穿透樣品溶液,即原本光入射線強度\(I_0\),穿透光線強度變為\(I_1\),此時光的穿透度\(T\)(Transmittance),即光穿透的比例為
圖一、比爾定律吸收光路徑的示意圖。
(圖片來源:WIKIPEDIA–Beer–Lambertlaw)
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比爾定律(Beer’sLaw)的應用
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
比爾定律的應用,通常是針對已知莫耳吸收係數的溶液,透過測量光吸收度推算出溶液濃度。
這種透過光學方法測量濃度的方法包含了比色法(colorimetry)、光電比色法(photoelectriccolorimetry)、分光光度法(spectrophotometry)等。
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