比尔-朗伯定律

比尔-朗伯定律

比尔-朗伯定律(Beer–Lambert law),又称比尔定律、比耳定律、朗伯-比尔定律、布格-朗伯-比尔定律(Bouguer–Lambert–Beer law),是光吸收的基本定律,适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质,包括气体、固体、液体、分子、原子和离子。比尔-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光电比色法的定量基础。

概述 一束单色光照射于一吸收介质表面,在通过一定厚度的介质后,由于介质吸收了一部分光能,透射光的强度就要减弱。吸收介质的浓度愈大,介质的厚度愈大,则光强度的减弱愈显著,其关系为:

其中:

 :透射光的强度; :透射比,或称透光度; :吸收介质的厚度,一般以 cm 为单位; g/L 或 mol/L。

比尔-朗伯定律的物理意义是,当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度

与吸光物质的浓度 及吸收层厚度

成正比。 当介质中含有多种吸光组分时,只要各组分间不存在着相互作用,则在某一波长下介质的总吸光度是各组分在该波长下吸光度的加和,这一规律称为吸光度的加合性。

系数

 : 当介质厚度

以 cm 为单位,吸光物质浓度 以 g/L 为单位时, 用 表示,称为吸收系数,其单位为

示为

。 。这时比尔-朗伯定律表

 当介质厚度

以 cm 为单位,吸光物质浓度 以 mol/L 为单位时,

表示,称为摩尔吸收系数,其单位为

伯定律表示为

。 。 用 。这时比尔-朗两种吸收系数之间的关系为:

历史

物质对光吸收的定量关系很早就受到了科学家的注意并进行了研究。皮埃尔·布格(Pierre Bouguer)和约翰·海因里希·朗伯(Johann Heinrich Lambert)分别在1729年和1760年阐明了物质对光的吸收程度和吸收介质厚度之间的关系;1852年奥古斯特·比尔(August Beer)又提出光的吸收程度和吸光物质浓度也具有类似关系,两者结合起来就得到有关光吸收的基本定律——布格-朗伯-比尔定律,简称比尔-朗伯定律。

推导

假设一束强度为

的平行单色光(入射光)垂直照射于一块各向同性的均匀吸收介质表面,在

通过厚度为

的吸收层(光程)

后,由于吸收层中质点对光的吸

收,该束入射光的强度降低至

,称为透射光强度。物质对光

吸收的能力大小与所有吸光质点

截面积的大小成正比。设想该厚

度为 l 的吸收层可以在垂直于

光吸收示意图

入射光的方向上分成厚度无限小的多个小薄层

,其截面积为 ,而且每个薄层内,含有吸光质点的数目为

个,每个吸光质点的截面积均为 。因此,此薄层内所有吸光质点的总截面积

假设强度为

的入射光照射到该薄层上后,光强度减弱了

中光被吸收程度的量度,它与薄层中吸光质点的总截面积

成正比,也就是

。 是在小薄层以及入射光的强度

负号表示光强度因吸收而减弱,k1 为比例系数。

假设吸光物质的浓度为 c,则上述薄层中的吸光质点数为

代入上式,合并常数项并设

,经整理得

对上式进行定积分,则有

上式中

称为吸光度();而透射光强度与入射光强度之间的比值

称为透射比,或称透光度(),其关系为:

(请注意本段中透射光强度的符号

与首段中的符号

不同)

即比尔-朗伯定律。

前提

比尔-朗伯定律的成立是有前提的,即:

1. 入射光为平行单色光且垂直照射;

2. 吸光物质为均匀非散射体系;

3. 吸光质点之间无相互作用;

4. 辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程,无荧光和光化学现象发生。 根据比尔-朗伯定律,当吸收介质厚度不变时, 与 之间应该成正比关系,但实际测定时,标准曲线常会出现偏离比尔-朗伯定律的现象,有时向浓度轴弯曲(负偏离),有时向吸光度轴弯曲(正偏离)。造成偏离的原因是多方面的,其主要原因是测定时的实际情况不完全符合使比尔-朗伯定律成立的前提条件。物理因素有:

1. 非单色光引起的偏离;

2. 非平行入射光引起的偏离;

3. 介质不均匀引起的偏离;

化学因素有:

1. 溶液浓度过高引起的偏离;

2. 化学反应(如水解、解离)引起的偏离;

参考资料

 华中师范大学等编. 分析化学 上册. 北京: 高等教育出版社. 2005: 277–284. ISBN 7-04-009140-2.

比尔-朗伯定律

比尔-朗伯定律(Beer–Lambert law),又称比尔定律、比耳定律、朗伯-比尔定律、布格-朗伯-比尔定律(Bouguer–Lambert–Beer law),是光吸收的基本定律,适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质,包括气体、固体、液体、分子、原子和离子。比尔-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光电比色法的定量基础。

概述 一束单色光照射于一吸收介质表面,在通过一定厚度的介质后,由于介质吸收了一部分光能,透射光的强度就要减弱。吸收介质的浓度愈大,介质的厚度愈大,则光强度的减弱愈显著,其关系为:

其中:

 :透射光的强度; :透射比,或称透光度; :吸收介质的厚度,一般以 cm 为单位; g/L 或 mol/L。

比尔-朗伯定律的物理意义是,当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度

与吸光物质的浓度 及吸收层厚度

成正比。 当介质中含有多种吸光组分时,只要各组分间不存在着相互作用,则在某一波长下介质的总吸光度是各组分在该波长下吸光度的加和,这一规律称为吸光度的加合性。

系数

 : 当介质厚度

以 cm 为单位,吸光物质浓度 以 g/L 为单位时, 用 表示,称为吸收系数,其单位为

示为

。 。这时比尔-朗伯定律表

 当介质厚度

以 cm 为单位,吸光物质浓度 以 mol/L 为单位时,

表示,称为摩尔吸收系数,其单位为

伯定律表示为

。 。 用 。这时比尔-朗两种吸收系数之间的关系为:

历史

物质对光吸收的定量关系很早就受到了科学家的注意并进行了研究。皮埃尔·布格(Pierre Bouguer)和约翰·海因里希·朗伯(Johann Heinrich Lambert)分别在1729年和1760年阐明了物质对光的吸收程度和吸收介质厚度之间的关系;1852年奥古斯特·比尔(August Beer)又提出光的吸收程度和吸光物质浓度也具有类似关系,两者结合起来就得到有关光吸收的基本定律——布格-朗伯-比尔定律,简称比尔-朗伯定律。

推导

假设一束强度为

的平行单色光(入射光)垂直照射于一块各向同性的均匀吸收介质表面,在

通过厚度为

的吸收层(光程)

后,由于吸收层中质点对光的吸

收,该束入射光的强度降低至

,称为透射光强度。物质对光

吸收的能力大小与所有吸光质点

截面积的大小成正比。设想该厚

度为 l 的吸收层可以在垂直于

光吸收示意图

入射光的方向上分成厚度无限小的多个小薄层

,其截面积为 ,而且每个薄层内,含有吸光质点的数目为

个,每个吸光质点的截面积均为 。因此,此薄层内所有吸光质点的总截面积

假设强度为

的入射光照射到该薄层上后,光强度减弱了

中光被吸收程度的量度,它与薄层中吸光质点的总截面积

成正比,也就是

。 是在小薄层以及入射光的强度

负号表示光强度因吸收而减弱,k1 为比例系数。

假设吸光物质的浓度为 c,则上述薄层中的吸光质点数为

代入上式,合并常数项并设

,经整理得

对上式进行定积分,则有

上式中

称为吸光度();而透射光强度与入射光强度之间的比值

称为透射比,或称透光度(),其关系为:

(请注意本段中透射光强度的符号

与首段中的符号

不同)

即比尔-朗伯定律。

前提

比尔-朗伯定律的成立是有前提的,即:

1. 入射光为平行单色光且垂直照射;

2. 吸光物质为均匀非散射体系;

3. 吸光质点之间无相互作用;

4. 辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程,无荧光和光化学现象发生。 根据比尔-朗伯定律,当吸收介质厚度不变时, 与 之间应该成正比关系,但实际测定时,标准曲线常会出现偏离比尔-朗伯定律的现象,有时向浓度轴弯曲(负偏离),有时向吸光度轴弯曲(正偏离)。造成偏离的原因是多方面的,其主要原因是测定时的实际情况不完全符合使比尔-朗伯定律成立的前提条件。物理因素有:

1. 非单色光引起的偏离;

2. 非平行入射光引起的偏离;

3. 介质不均匀引起的偏离;

化学因素有:

1. 溶液浓度过高引起的偏离;

2. 化学反应(如水解、解离)引起的偏离;

参考资料

 华中师范大学等编. 分析化学 上册. 北京: 高等教育出版社. 2005: 277–284. ISBN 7-04-009140-2.


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