比爾郎伯定律

比爾郎伯定律是吸收光度法的基本定律,表示物質對某一單色光吸收的強弱與吸光物質濃度和厚度間的關係。

一、Lambert-Beer定律
1.Lambert-Beer定律的推導
⑴Lambert-Beer定律的數學表達式
I0:入射光強(平行單色光);I:透射光強
S:吸光物質截面積;l:吸光物質厚度
n:吸光質點(原子、離子或分子)數
dS = kdndS/S =(kdn)/S
(負號表示光強因被吸收而減弱)
∵ S = V(體積)/ l(厚度),n = V·C(濃度) ∴ n / S = l·C
Lambert-Beer定律的數學表達式:-lg(I/I0)= ECl
[概念]
透光率(transmitance,T):T = I/I0
吸光度(absorbance,A):A = -lg T =-lg(I/I0)= ECl (A與C成正比關係)
T = 10-A = 10-ELC(T與C成指數函式關係) ⑵Lambert-Beer定律的物理意義及成立條件
Lambert-Beer定律:當一束平行單色光通過均勻的非散射樣品時,樣品對光的吸光度與樣品的濃度及厚度成正比,A = ECl。
2.吸光係數(absorptivity)
[引入] Lambert-Beer定律:A = ECl中E為比例常數,稱為吸光係數。
⑴吸光係數的物理意義:吸光物質在單位濃度、單位厚度時的吸光度。是定性和定量的依據。
⑵吸光係數的兩種表示方法:
摩爾吸光係數(ε或EM):在一定波長時,濃度為1mol/L、厚度為1cm時的吸光度。多用於分子結構研究。
百分吸光係數(比吸光係數,):在一定波長時,濃度為1%(W/V)、厚度為1cm時的吸光度。多用於含量測定。
⑶兩種吸光係數的區別及其相互關係
①區別:
濃度單位不同:摩爾吸光係數為mol/L;百分吸光係數為g/100ml。
用途不同:摩爾吸光係數多用於分子結構研究;百分吸光係數多用於含量測定。
②兩種吸光係數間的換算關係式:
3.吸光度的加和性——測定混合組分的依據
[含義]溶液中同時存在多種無相互作用的吸光物質時,體系總吸光度等於各組分吸光度之和: A = Aa + Ab + Ac + ……
二、偏離比爾定律的因素
[引入]Lambert-Beer定律:當一束平行單色光通過均勻的非散射樣品時,樣品對光的吸光度與樣品的濃度及厚度成正比,A = ECl(過原點直線)
1.化學因素
[來源]建立Beer定律時,利用了n=C·V這一關係,其意義是將巨觀濃度C與微觀吸光粒子數n看成是等效的,即認為被測物質都是以對特定波長電磁輻射吸收有效的形態存在。但實際情況並非如此,從而引起偏離Beer定律。
[影響]
離解:
Cr2O72-+H2O2HCrO4-2H++2CrO42-
λmax=350nm,450nm(橙色);λmax=375nm(黃色)
締合:亞甲藍陽離子
溶劑化:碘在四氯化碳中呈紫色,而在乙醇中呈綠色。
[減免]控制一定的實驗條件。
2.光學因素
⑴非單色光
[來源]紫外-可見分光光度計使用連續光源,經單色器分光,分出的單色光波長寬度取決於單色器的解析度和狹縫大小。為保證有足夠光強(靈敏度),狹縫要求有一定寬度,所以得到並非純粹的單色光,而是具有一定波長範圍的複合光,從而引起偏離Beer定律。
譜頻寬度(S):峰高一半的寬度(即半峰寬)。
譜頻寬度越小,單色性越好,但仍是複合光。
單色光:
複合光(λ1+λ2):
&#91;影響&#93;E1=E2,A=ECl,A與C成線性關係;E1≠E2,設λ1是所需波長,則干擾波長λ2的影響是:①E1<E2,A↑,正偏差;②E1>E2,A↓,負偏差;③E1與E2差值愈大,偏差愈大。
⑵雜散光
&#91;概念&#93; 雜散光:從分光系統得到的單色光中,有些不在譜頻寬度範圍內,與所需波長相隔較遠的光。
&#91;來源&#93;儀器製造過程、使用和保養不良及光學元件受塵染和霉蝕。
&#91;影響&#93;吸光度變值,吸收曲線變形,尤其是在透射光很弱的情況下更為明顯。設入射光強為I0,透射光強為I,雜散光強為Is,則觀測到的吸光度為:
①若樣品不吸收雜散光,(I0+Is)/(I+Is)< I0/I,測得A偏低,產生負偏離(較常見);
②若樣品吸收雜散光,測得A偏高,產生正偏離。
③&#91;注意&#93;雜散光有時會在接近紫外末端吸收處出現假峰,因此在定量分析中選擇測定波長時一般不選末端吸收。
⑶散射光和反射光
&#91;來源&#93;溶液渾濁即會發生散射和反射現象。但在推導L-B定律時,忽略了散射和反射的影響,導致在實際測定中發生偏離Beer定律。
&#91;影響&#93;散射與反射均使透射光強度減弱,測得A偏高,產生正偏離。
&#91;減免&#93;
散射:真溶液質點小,散射光不強,可用空白對比補償;大分子懸浮物,散射光增強(尤其對短波光),一般不易製備相同空白補償。反射:一般可用空白來補償。但當空白與樣品的折射率有較大差異時,空白就不能完全補償。
反射率:
式中Ir為反射光強,I為入射光強,n為折射率。n1和n2差值越大,反射率越大,光能損失越多。
⑷非平行光
&#91;來源&#93;入射光不垂直於吸收池(盛放吸光物質的器皿)的光學平面(與光軸不平行),傾斜光在吸收池內實際通過的有效光程大於吸收池的幾何長度,相當於厚度l增大,從而導致偏離Beer定律。
&#91;影響&#93;入射光束與光軸的夾角為5°時,引起A最大偏差約為0.2%。同一物質用不同的儀器測量時,產生差異的原因之一就是實際厚度不一致。
3.透光率測量誤差(ΔT)
&#91;來源與性質&#93;儀器噪音,隨機誤差。
暗噪音——與光訊號無關。
散粒噪音——與光訊號變化有關。
測定結果的濃度相對誤差與透光率測量誤差的關係式:
⑴暗噪音:產生於檢測器及放大電路等各部件的不確定性,它的強弱取決於各元件的質量、狀態和環境,基本上是一個常數(約±0.002~0.01)。
測量最適宜的範圍:A=0.2~0.7(或T=20~65%)
誤差最小時所對應的A或T值:
lnT = -1 T = 0.368 A = 0.4343
⑵訊號噪音(散粒噪音):產生於光敏元件受光照射時被測光強不確定性。
紫外-可見分光光度法基本原理小結
Lambert-Beer定律的數學表達式及物理意義
吸光係數的物理意義、表示方式及相關計算
偏離Beer定律的因素(化學因素、光學因素)

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