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Lambert-Beer定律的物理意义是什么?_beer定律

栏目:数码科技

作者:B姐

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时间:2024-02-29 10:14:50

在一定条件下,物质的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比,其数学表达式为A=Kbc。此表达式称为Lambert-Beer定律,是分光光度法定量分析的依据。

适用条件:

①单色光:若入射光为非单色光,因吸光物质对不同波长的光具有不同的吸收能力,结果导致偏离Beer定律;②稀溶液:在稀溶液时,各吸光质点之间相对独立,无相互作用,吸光质点数与吸光物质浓度成正比。当溶液的浓度过高时,溶液中的吸光质点之间的平均距离缩小,相邻质点的电荷分布彼此影响,从而改变物质对特定的光的吸收能力,导致偏离Lambert-Beer定律;③溶液均匀:溶液为非胶体、乳浊液、悬浊液,且吸光物质在溶液中不发生离解、缔合、配位等。

Lambert-beer定律

由朗伯比尔(Lambert-Beer)定律可以得到:当一束平行单色光通过一定液层厚度的有色溶液时,由于溶质吸收了光能,光的强度就会减弱。溶液浓度越大,液层越厚,入射光越强,则光被吸收的就越多。用公式表示为:A=E*C*L(A为吸光度,C为溶液浓度,L为液层厚度)。E是物质在一定波长下的特征常数,与对光吸收的灵敏度呈正相关。该公式适用于有色溶液和均匀非散射的吸光物质(如:固、液、气)。

含量测定时所用波长通常选择被测物质的最大吸收波长以避免其他物质的干扰。根据公式可以计算测定管中物质的含量,过程如下:A1=E1*C1*L1A2=E2*C2*L2

A1/(E1*C1)=A2/(E2*C2)

由于标准液和待测液中的物质相同,故E1=E2

∴C2=(A2/A1)*C1

由于标准液和待测液的体积相等,物质含量m=C*V*M(M为相对分子质量,V为体积)

故m2=(A2/A1)*m1

由此可计算出溶液中物质的含量m2。

透光率是什么意思?

“ Lambert-Beer 定律 ”可简述如下:

当一束平行的单色光通过含有均匀的吸光物质的吸收池(或气体、固体)时,光的一部分被溶液吸收,一部分透过溶液,一部分被吸收池表面反射;

设:入射光强度为 I0,吸收光强度为Ia,透过光强度为It,反射光强度为Ir,则它们之间的关系应为:

I0 = Ia + It + Ir (4)

若 吸收池的质量和厚度都相同,则 Ir 基本不变,在具体测定操作时 Ir 的影响可互相抵消(与吸光物质的 c及 b 无关)

上式可简化为: I0 = Ia + It (5)

实验证明:当一束强度为 I0 的单色光通过浓度为 c、液层厚度为 b 的溶液时,一部分光被溶液中的吸光物质吸收后透过光的强度为 It ,则 它们之间的关系为:

称为透光率,用 T % 表示。

称为 吸光度,用 A 表示

则 A = -lgT = K · b ·c

此即 Lambert-Beer 定律 数学表达式。

朗伯-比耳的推导过程 由朗伯定律和比尔定律怎么合并成朗伯-比尔定律?

吸光度一般用A表示,它是指要样品对红外光的吸收量。

透光率,也叫百分透射比,用T%表示,它是指一般红外光在穿过样品时,必然有一定的光被样品所吸收,那么剩余的光强和原有红外光强的比值,就是透光率.

2个单位可以互相转换,A=Lg(1/T).

比尔-朗伯定律(Beer–Lambert law),又称比尔定律或比耳定律(Beer’s

law)、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。

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:

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。

光吸收定律只适用于( )和一定范围的低浓度溶液。

注意:朗伯定律(Lambert's Law)的前提中有一点要求是“固定浓度的溶液”,吸光度才能与透光液层厚度成正比;而比尔定律(Beer's Law)的前提中有一点要求是“透光液层厚度固定”,吸光度才能与溶液浓度成正比.

也就是说,对于吸收定律,二人各自贡献了一半.由于溶液的浓度c和透光液层厚度b都是不固定的,就必须同时考虑c和b对光吸收的影响.所以必须将两个定律联合起来.

吸收定律表明:当用一适当波长的单色光照射吸收物质的溶液时,其吸光度与溶液浓度和透光液层厚度的乘积成正比.

··

∵由朗伯定律(Lambert's Law)知,

当c=常数时,A=k1*b,即c=const时,A∝b

又由比尔定律(Beer's Law)知,

当b=常数时,A=k2*c,即b=const时,A∝c

∴A∝bc

即得到朗伯-比尔定律(Beer-Lambert's Law)

A=Kbc

朗伯-比尔定律是应用于紫外可见吸收光谱的定量分析中的重要定律.它是由朗伯定律(Lambert's Law)和比尔定律(Beer's Law)相联合而成,故称朗伯-比尔定律(Beer-Lambert's Law).它也同样可以应用于红外吸收光谱法和原子吸收光谱法.

一、朗伯定律(Lambert's Law)

1929年波格(Bouguer)第一次提出了同一溶液对固定波长的光的吸收程度与光通过该溶液的液层厚度(光程)之间的关系.数年后,朗伯发表了有关定律:当用一种适当波长的单色光照射一固定浓度的溶液时,其吸光度与透过的液层厚度成正比.此定律称为波格-朗伯定律,有时简称波格定律或朗伯定律.可表达为

A=kb

其中,A为吸光度;b为透光的液层厚度;k为比例常数,它与入射光的波长,溶液的性质和溶液以及温度有关.

二、比尔定律(Beer's Law)

1852年比尔提出溶液浓度与吸光度之间的定量关系,称为比尔定律.该定律表明:当用一适当波长的单色光照射一溶液时,当透光液层厚度固定,则吸光度与溶液浓度成正比.可用下式表示:

A=kc

式中,A为吸光度;c为溶液浓度;k为比例常数,它与入射光的波长,溶液的性质和液层厚度以及温度有关.

三、吸收定律

如果溶液的浓度c和透光液层厚度b都是不固定的,就必须同时考虑c和b对光吸收的影响.为此,可以将朗伯定律和比尔定律联合起来,可得到

A=kcb

这就是朗伯-比尔定律(Beer-Lambert's Law)的数学表达式.吸收定律表明:当用一适当波长的单色光照射吸收物质的溶液时,其吸光度与溶液浓度和透光液层厚度的乘积成正比.

1.吸光度的意义

吸光度表示光束通过溶液时被吸收的程度,通常以A表示

A=log(I0/It)

式中I0与It分别表示入射光和透过光的强度.溶液所吸收光的强度越大,透过光的强度就越小,则吸光度A就越大.当入射光全部被吸收时,It=0,A=∞;当入射光全部透过时,I0=It,A=0,所以0≤A≤∞.

2.透射比的意义

透射比也称为透光率,表示透过光占入射光的比例,也是物质吸光程度的一种量度,通常以T表示.

T=I0/It

当入射光全部吸收时,It=0,T=0;当入射光全部透过时,I0=It,T=1,所以0≤T≤1.

在分光光度分析中,经常使用百分透光率这个术语.它被定义为100T,其值在0~100之间.

由以上两式可得到吸光度与透光率之间的关系为

A=log(I0/It)=-logT

所以朗伯-比尔定律还可以表示为

-logT=kcb

朗伯比尔定律计算公式

光吸收定律只适用于均匀、透明和一定范围的低浓度溶液。

光吸收定律,也被称为比尔-朗伯定律(Beer-Lambert Law),是光学和化学领域的一个重要定律。这个定律描述了光通过溶液时,光强度的减弱与溶液浓度及溶液层厚度之间的关系。

光吸收定律只适用于均匀、非散射的透明系统。这意味着光在通过溶液时,其路径必须是均匀的,没有折射、反射或其他光学现象的干扰。溶液必须是透明的,也就是说,溶液中没有大量的悬浮颗粒或气泡等杂质,以避免对光进行散射。

光吸收定律只适用于低浓度的溶液。这是因为在高浓度溶液中,可能会发生光散射、光化学反应、光吸收饱和等现象,导致光强度的减弱与溶液浓度和层厚度之间的关系不再符合线性关系。在高浓度时,光吸收定律无法准确预测溶液的光学性质。

光吸收定律的应用的影响因素:

1、溶液的浓度:光吸收定律适用于低浓度的溶液。在低浓度时,光吸收与溶液浓度之间呈线性关系,即随着浓度的增加,光吸收也相应增加。

然而,在高浓度时,光吸收与浓度之间的关系可能不再呈线性关系,这是由于光吸收饱和或其他光学效应的影响。在使用光吸收定律时,需要确保溶液的浓度适中,以获得准确的结果。

2、光的波长:光的波长也是影响光吸收定律应用的一个重要因素。不同波长的光在通过同一溶液时,其光强度减弱程度是不同的。波长越短的光在通过溶液时被吸收得越多,而波长越长的光则被吸收得越少。因此,在使用光吸收定律时,需要选择合适的波长范围,以确保获得准确的结果。

3、溶液的温度:溶液的温度也会影响光吸收定律的应用。随着温度的升高,分子的运动速度加快,这可能导致光吸收发生变化。在某些情况下,温度的变化可能会导致分子发生构象变化或化学反应,进一步影响光吸收。在使用光吸收定律时,需要确保溶液的温度保持稳定,以获得准确的结果。

朗伯—比耳定律

朗伯比尔定律计算公式:A=lg(1/T)=Kbc,A为吸光度,T为透射比(透光度),是出射光强度(I)比入射光强度(I0)。

朗伯比尔定律(Lambert-Beer law)是分光光度法的基本定律,是描述物质对某一波长光吸收的强弱与吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系。又称比尔定律、比耳定律、朗伯-比尔定律(Beer-Lambert Law)、布格-朗伯-比尔定律,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-朗伯定律是比色分析及分光光度法的理论基础。光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目。

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A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比,而与透光度T成反相关。

光偏离的原因:

在分光光度分析中,比尔定律是一个有限的定律,其成立条件是待测物为均一的稀溶液、气体等,无溶质、溶剂及悬浊物引起的散射;入射光为单色平行光。

导致偏离朗伯-比尔定律的原因很多,但基本上可分为物理和化学两个方面。物理方面主要是入射光的单色性不纯所造成的;化学方面主要是由于溶液本身化学变化造成的。

严格说来,朗伯-比尔定律只适用于单色光。但由于仪器分辨能力所限,入射光实际为一很窄波段的谱带。

由于分光光度计分光系统中的色散元件分光能力差,即在工作波长附近或多或少含有其他杂色光,杂散光(非吸收光)也会对比尔定律产生影响,这些杂色光将导致朗伯-比尔定律的偏离。

实际上,理论上的单色光是不存在的,我们所做的只能是让入射光的光谱带宽尽可能的小,要尽可能的靠近单色光。

朗伯-比耳定律(Lambert-Beer)是光吸收的基本定律,俗称光吸收定律,是分光光度法定量分析的依据和基础。当入射光波波长一定时,溶液的吸光度A是吸光物质的浓度c及吸收介质厚度l(吸收光程)的函数。朗伯和比耳分别于1760年和1852年研究了这三者的定量关系。朗伯的结论是,当用适当波长的单色光照射一固定浓度的均匀溶液时,A与l成正比,其数学式为

A=k′l

上式即为朗伯定律,k′为比例系数。而比耳的结论是,当用适当波长的单色光照射一固定液层厚度的均匀溶液时,A与c成正比,其数学表达式为

A=k″c

上式称为比耳定律,k″称为比例系数。合并以上两式,即得到

A=klc

即为朗伯-比耳定律,k为比例系数。k的数值除取决于吸光物质的特性外,其单位及数值还与c和l所采用的单位有关。l通常采用cm为单位,并用b表示。所以k的单位取决于c的单位。

当c的单位为g·L-1时,吸收定律表达为

A=abc

其中a为吸光系数,单位为L·g-1·cm-1。

当c的单位为mol·L-1时,吸收定律表达为

A=εbc

其中ε为摩尔吸光系数,单位为L·mol-1·cm-1。

有时,在化合物组成不明的情况下,物质的摩尔质量并不知道,因而物质的量浓度无法确定时,就不能用摩尔吸光系数,而是采用比吸光系数,其意义是指质量分数为1%的溶液用1cm吸收池时的吸光度为

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其中c为质量浓度。

ε、a、三者的换算关系为

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其中Mr为吸收物质的摩尔质量。

在吸收定律的几种表达式中,A=εbc在分析上是最常用的,ε也是最常用的,有时吸收光谱的纵坐标也用ε表示,并以最大摩尔吸光系数εmax表示物质的吸收强度。ε是在特定波长及外界条件下,吸光质点的一个特征常数,数值上等于吸光物质浓度为1mol·L-1液层厚度为1cm时溶液的吸光度,它是物质吸光能力的量度,可作为定性分析的参考和估计定量分析的灵敏度。

根据定律推导可知,朗伯—比耳定律成立的前提是:

①入射光为单色光;②吸收发生在均匀的介质中;③吸收过程中,吸收物质互相不发生作用。

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