光的吸收定律
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朗伯比尔与光的吸收定律朗伯比尔与光的吸收定律,也称为朗伯定律,是物理学中描述物体表面对光的吸收和反射行为的一种定律。
该定律由德国物理学家约翰·海因里希·朗伯于19世纪中叶提出,成为光学领域中的重要基础理论之一。
朗伯定律的核心思想是,物体表面对光的吸收与反射取决于光入射角度、表面材质和光的波长。
朗伯定律适用于光线直线传播且入射光与表面垂直的情况下。
根据该定律,单位面积上吸收的光功率密度(也称为辐射强度)与入射光照射的角度成正比,且与表面材质的光学特性有关。
具体而言,朗伯定律可以用下面的数学表达表示:I = I₀* cosθ其中,I是被物体表面吸收的光功率密度,I₀是光线垂直入射到表面时的光功率密度,θ是入射光线与表面法线之间的夹角(入射角度)。
根据朗伯定律,当入射角θ为0度(即光线垂直入射到表面时),cosθ的值为1,因此吸收的光功率密度最大,物体表面几乎完全吸收入射光。
而当入射角θ为90度(即光线平行于表面时),cosθ的值为0,吸收的光功率密度为0,表明物体表面完全反射入射光。
朗伯定律还告诉我们,与入射光垂直的表面吸收光的能力往往大于与入射光平行的表面。
这是因为与入射光平行的表面往往更容易发生反射,而与入射光垂直的表面则更容易吸收光能。
此外,朗伯定律还与物体表面的光学特性密切相关。
光学特性包括表面反射率、材料吸收系数和折射率等。
不同材料的光学特性不同,因此其对于不同波长的光的吸收和反射行为也会有所差异。
总而言之,朗伯比尔与光的吸收定律是描述物体表面对光的吸收和反射行为的一种定律。
它指出吸收的光功率密度与入射角度、表面材质和光的波长有关。
朗伯定律在物理学和光学领域具有广泛的应用,为解释光的传播和物体表面的光学特性提供了重要的理论基础。
被测组分对紫外光或可见光具有吸收,且吸收强度与组分浓度成正比。
一. LambertBeer 定律——光吸收基本定律“ LambertBeer 定律” 是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度(c)和液层厚度(b)间的关系的定律,是光吸收的基本定律,是紫外可见光度法定量的基础。
Lambert定律——吸收与液层厚度(b)间的关系Beer 定律——吸收与物质的浓度(c)间的关系“ LambertBeer 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,一部分被吸收池概况反射;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,在具体测定操纵时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 % 暗示。
称为吸光度,用 A 暗示则 A = lgT = K · b ·c(7)此即 LambertBeer 定律数学表达式。
LB定律可表述为:当一束平行的单色光通过溶液时,溶液的吸光度 (A) 与溶液的浓度 (C) 和厚度 (b) 的乘积成正比。
它是分光光度法定量分析的依据。
二. 吸光度的加和性设某一波长()的辐射通过几个相同厚度的分歧溶液c1,c2⋯⋯cn,其透射光强度分别为I1,I2 ⋯⋯In,根据吸光度定义:这一吸光体系的总吸光度为而各溶液的吸光度分别为:(8)吸光度的和为:( 9)即几个(同厚度)溶液的吸光度等于各分层吸光度之和。
如果溶液中同时含有n 中吸光物质,只要各组分之间无相互作用(不因共存而改变自己的吸光特性),则:A = K1C1 b1 + K2C2 b2 + ⋯⋯KnCn bn = A1 + A2+ ⋯⋯ + An (10)应用:①进行光度分析时,试剂或溶剂有吸收,则可由所测的总吸光度A 中扣除,即以试剂或溶剂为空白的依据;②测定多组分混合物;③校正干扰。
朗伯-比尔定律是光吸收的基本定律
朗伯-比尔定律(Lambert-Beer law)是光吸收的基本定律。
该定律描述了光线通过一定浓度的溶液、气体或固体时被吸收的量与透射的光线强度之间的关系。
根据该定律,光通过介质中被吸收的量与介质的浓度成正比,并与光线通过后溶液、气体或固体的厚度成指数关系。
即当浓度增加时,吸收量也增加,而通过的透射光强度下降。
该定律可表示为:A = εlc
其中,A表示吸光度(absorbance),即被测溶液、气体或固体吸收光线的程度;ε表示摩尔吸光系数(molar absorptivity),即浓度为1mol/L的溶液吸光度为1的能力;l表示光通过介质的厚度(path length);c表示溶液、气体或固体的浓度。
朗伯比尔定律概念:朗伯比尔定律又称比尔定律、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。
发生时间:1852年创始人:A.比尔1728年P.布格首先提出了辐射吸收与吸收层厚度的关系,1768年由J.H.朗伯将其扩充;1852年A.比尔发表了辐射吸收与吸收物质浓度的关系,即比尔定律。
后人将两个定律合并,统称为朗伯–比尔定律。
当吸收谱带较窄的非强光(理论上是平行的单色光)通过均匀的低浓度吸光物质(如稀溶液)时,未被吸收而透过吸光物质的光的强度A(吸光度)遵从下列关系:A=lg(I0/I)=εlc式中I0为入射单色光强度;I为透射光强度;c为吸光物质浓度;l为吸光物质厚度;ε为吸光物质的摩尔吸光系数,是物质浓度为1摩/升、吸收层厚度为1厘米时溶液的吸光度,其数值与入射光波长、吸光物质性质、溶剂性质及温度有关。
ε表示物质分子对特定波长光的吸收能力,值越大,分光光度测定的灵敏度越高;当波长一定时(一般是在最大吸收波长处),ε由分子吸收截面积S和跃迁概率P 决定:ε=8.7×1019PS朗伯–比尔定律是分光光度法的测定基础。
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。
公式意义比尔—朗伯定律数学表达式:A=lg(1/T)=KbcA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).K为摩尔吸光系数.它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关.c为吸光物质的浓度,单位为mol/L,b为吸收层厚度,单位为.【b也常用L替换,含义一致】物理意义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。
被测组分对紫外光或可见光具有吸收,且吸收强度与组分浓度成正比。
一. Lambert-Beer 定律——光吸收基本定律“ Lambert-Beer 定律” 是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度(c)和液层厚度(b)间的关系的定律,是光吸收的基本定律,是紫外-可见光度法定量的基础。
Lambert定律——吸收与液层厚度(b)间的关系Beer 定律——吸收与物质的浓度(c)间的关系“ 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I a,透过光强度为I t,反射光强度为I r,则它们之间的关系应为:I0 = I a + I t + I r(4)若吸收池的质量和厚度都相同,则I r基本不变,在具体测定操作时I r 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 = I a + I t (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I t,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 = -lg T =K · b ·c(7)此即 Lambert-Beer 定律数学表达式。
L-B定律可表述为:当一束平行的单色光通过溶液时,溶液的吸光度 (A) 与溶液的浓度 (C) 和厚度 (b) 的乘积成正比。
它是分光光度法定量分析的依据。
二. 吸光度的加和性设某一波长()的辐射通过几个相同厚度的不同溶液c1,c2⋯⋯c n,其透射光强度分别为I1,I2 ⋯⋯I n,根据吸光度定义:这一吸光体系的总吸光度为而各溶液的吸光度分别为:(8)吸光度的和为:(9)即几个(同厚度)溶液的吸光度等于各分层吸光度之和。
如果溶液中同时含有n 中吸光物质,只要各组分之间无相互作用(不因共存而改变本身的吸光特性),则:A = K1C1 b1 + K2C2 b2 + ⋯⋯K n C n b n = A1 + A2+ ⋯⋯ + A n (10)应用:①进行光度分析时,试剂或溶剂有吸收,则可由所测的总吸光度A 中扣除,即以试剂或溶剂为空白的依据;②测定多组分混合物;③校正干扰。
被测组分对紫外光或可见光具有吸收,且吸收强度与组分浓度成正比。
一. Lambert-Beer 定律——光吸收基本定律“ Lambert-Beer 定律”是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度(c)和液层厚度(b)间的关系的定律,是光吸收的基本定律,是紫外-可见光度法定量的基础。
Lambert定律——吸收与液层厚度(b)间的关系Beer 定律——吸收与物质的浓度(c)间的关系“ 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I a,透过光强度为I t,反射光强度为I r,则它们之间的关系应为:I0 = I a + I t + I r(4)若吸收池的质量和厚度都相同,则I r基本不变,在具体测定操作时I r 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 = I a + I t(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I t,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 = -lg T = K · b ·c(7)此即Lambert-Beer定律数学表达式。
L-B定律可表述为:当一束平行的单色光通过溶液时,溶液的吸光度(A) 与溶液的浓度(C) 和厚度(b) 的乘积成正比。
它是分光光度法定量分析的依据。
二. 吸光度的加和性设某一波长( )的辐射通过几个相同厚度的不同溶液c1,c2⋯⋯,其透射光强度分别为I1,I2 ⋯⋯I n,根据吸光度定义:这一吸光体系的总吸光度为而各溶液的吸光度分别为:(8)吸光度的和为:(9)即几个(同厚度)溶液的吸光度等于各分层吸光度之和。
如果溶液中同时含有n 中吸光物质,只要各组分之间无相互作用(不因共存而改变本身的吸光特性),则:A = K1C1 b1 + K2C2 b2 + ⋯⋯K n C n b n = A1 + A2+ ⋯⋯+ A n(10)应用:①进行光度分析时,试剂或溶剂有吸收,则可由所测的总吸光度A 中扣除,即以试剂或溶剂为空白的依据;②测定多组分混合物;③校正干扰。
简单理解被测组分对紫外光或可见光具有吸收,且吸收强度与组分浓度成正比。
一. Lambert-Beer 定律——光吸收基本定律“ Lambert-Beer 定律” 是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度(c)和液层厚度(b)间的关系的定律,是光吸收的基本定律,是紫外-可见光度法定量的基础。
Lambert定律——吸收与液层厚度(b)间的关系Beer 定律——吸收与物质的浓度(c)间的关系“ 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I a,透过光强度为I t,反射光强度为I r,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I r基本不变,在具体测定操作时I r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 = I a + I t (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I t,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 = -lg T =K · b ·c(7)此即 Lambert-Beer 定律数学表达式。
L-B定律可表述为:当一束平行的单色光通过溶液时,溶液的吸光度 (A) 与溶液的浓度 (C) 和厚度 (b) 的乘积成正比。
它是分光光度法定量分析的依据。
二. 吸光度的加和性设某一波长( )的辐射通过几个相同厚度的不同溶液c1,c2⋯⋯c n,其透射光强度分别为I1,I2 ⋯⋯I n,根据吸光度定义:这一吸光体系的总吸光度为而各溶液的吸光度分别为:(8)吸光度的和为:(9)即几个(同厚度)溶液的吸光度等于各分层吸光度之和。
如果溶液中同时含有n 中吸光物质,只要各组分之间无相互作用(不因共存而改变本身的吸光特性),则:A = K1C1b1+ K2C2 b2 + ⋯⋯K n C n b n = A1 + A2+ ⋯⋯ + A n (10)应用:①进行光度分析时,试剂或溶剂有吸收,则可由所测的总吸光度A 中扣除,即以试剂或溶剂为空白的依据;②测定多组分混合物;③校正干扰。
简单理解(一)被测组分对紫外光或可见光具有吸收,且吸收强度与组分浓度成正比。
一. LambertBeer 定律——光吸收基本定律“ LambertBeer 定律” 是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度(c)和液层厚度(b)间的关系的定律,是光吸收的基本定律,是紫外可见光度法定量的基础。
Lambert定律——吸收与液层厚度(b)间的关系Beer 定律——吸收与物质的浓度(c)间的关系“ LambertBeer 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 (7)此即 LambertBeer 定律数学表达式。
LB定律可表述为:当一束平行的单色光通过溶液时,溶液的吸光度 (A) 与溶液的浓度 (C) 和厚度 (b) 的乘积成正比。
它是分光光度法定量分析的依据。
二. 吸光度的加和性设某一波长()的辐射通过几个相同厚度的不同溶液c1,c2⋯⋯cn,其透射光强度分别为I1,I2 ⋯⋯In,根据吸光度定义:这一吸光体系的总吸光度为而各溶液的吸光度分别为:(8)吸光度的和为: (9)即几个(同厚度)溶液的吸光度等于各分层吸光度之和。
如果溶液中同时含有n 中吸光物质,只要各组分之间无相互作用(不因共存而改变本身的吸光特性),则:A = K1C1 b1 + K2C2 b2 + ⋯⋯KnCn bn = A1 + A2+ ⋯⋯ + An (10)应用:①进行光度分析时,试剂或溶剂有吸收,则可由所测的总吸光度A 中扣除,即以试剂或溶剂为空白的依据;②测定多组分混合物;③校正干扰。
光的吸收定律
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一. Lambert-Beer 定律——光吸收基本定律
“ Lambert-Beer 定律” 是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度(c)和液层厚度(b)间的关系的定律,是光吸收的基本定律,是紫外-可见光度法定量的基础。
Lambert定律——吸收与液层厚度(b)间的关系
Beer 定律——吸收与物质的浓度(c)间的关系
“ 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I a,透过光强度为I t,反射光强度为I r,则它们之间的关系应为:
I0 = I a + I t + I r(4)
若吸收池的质量和厚度都相同,则I r基本不变,在具体测定操
作时I r 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 = I a + I t (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 I t ,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 = -lg T =K · b
·c (7)
此即 Lambert-Beer 定律数学表达式。
L-B定律可表述为:当一束平行的单色光通过溶液时,溶液的吸光度 (A) 与溶液的浓度 (C) 和厚度 (b) 的乘积成正比。
它是分光光度法定量分析的依据。
二. 吸光度的加和性
设某一波长( )的辐射通过几个相同厚度的不同溶液c1,c2⋯⋯c n,其透射光强度分别为I1,I2 ⋯⋯I n,根据吸光度定义:这一吸光体系的总吸光度为
而各溶液的吸光度分别为:
(8)
吸光度的和为:
(9)
即几个(同厚度)溶液的吸光度等于各分层吸光度之和。
如果溶液中同时含有n 中吸光物质,只要各组分之间无相互作用(不因共存而改变本身的吸光特性),则:
A = K1C1 b1 + K2C2 b2 + ⋯⋯K n C n b n = A1 + A2+ ⋯⋯ + A n (10)
应用:①进行光度分析时,试剂或溶剂有吸收,则可由所测的总吸光度A 中扣除,即以试剂或溶剂为空白的依据;
②测定多组分混合物;
③校正干扰。
三. 吸光系数
Lambert-Beer 定律中的比例系数“K ”的物理意义是:吸光物质在单位浓度、单位厚度时的吸光度。
一定条件(T、λ及溶剂)下,K 是物质的特征常数,是定性的依据。
K 在标准曲线上为斜率,是定量的依据。
常有两种表示方法:1. 摩尔吸光系数(ε):当c用 mol/L 、b用 cm 为单位时,用摩尔吸光系数ε表示,单位为L/mol·cm
A = ε· b · c (1
1)
ε与b及c无关。
ε一般不超过 105 数量级,通常:ε> 104为强吸收;ε< 102为弱吸收;102 > ε> 104为中强吸收。
吸收系数不可能直接用 1 mol/L 浓度的吸光物质测量,一般是由较稀溶液的吸光系数换算得到。
2. 吸光系数
当c用 g /L ,b用 cm 为单位时,K 用吸光系数a表示,单位为L/g·cm
A = a · b · c(1
2)
ε与a 之间的关系为:ε = M·
a (13)
ε——通常多用于研究分子结构
a ——多用于测定含量。
四. 引起偏离 Lambert-Beer 定律的因素
根据L-B定律,A与c的关系应是一条通过原点的直线,称为“标准曲线”。
但事实上往往容易发生偏离直线的现象而引起误差,尤其是在高浓度时。
导致偏离L-B定律的因素主要有:
1. 吸收定律本身的局限性
事实上,L-B定律是一个有限的定律,只有在稀溶液中才能成立。
由于在高浓度时(通常C > 0.01mol/L),吸收质点之间的平均距离缩小到一定程度,邻近质点彼此的电荷分布都会相互受到影响,此影响能改变它们对特定辐射的吸收能力,相互影响程度取决于C,因此,此现象可导致 A与 C线性关系发生偏差。
此外,(n 为折射率)只有当c ≤ 0.01mol/L(低浓度)时,n 基本不变,才能用ε代替ε真。
2. 化学因素
溶液中的溶质可因c的改变而有离解、缔合、配位以及与溶剂间的作用等原因而发生偏离L-B定律的现象。
例:在水溶液中,Cr(Ⅵ)的两种离子存在如下平衡
Cr2O42- + H2O ⇌ 2CrO42- + 2H+
Cr2O42-、CrO42- 有不同的A 值,溶液的A 值是二种离子的A 之和。
但由于随着浓度的改变(稀释)或改变溶液的pH值, [Cr2O42- ] /[C rO42-] 会发生变化,使C总与A总的关系偏离直线。
消除方法:控制条件。
3. 仪器因素(非单色光的影响)
L-B定律的重要前提是“单色光”,即只有一种波长的光;实际上,真正的单色光却难以得到。
由于吸光物质对不同λ的光的吸收能力不同(ε不同),就导致对的偏离。
“单色光”仅是一种理想情况,即使用棱镜或光栅等所得到的“单色光”实际上是有一定波
长范围的光谱带,“单色光”的纯度与狭逢宽度有关,狭缝越窄,他所包含的波长范围也越窄。
4. 其它光学因素
(1)散射和反射:浑浊溶液由于散射光和反射光而偏离 L-B
(2)非平行光。