比爾定律,也稱為朗伯-比爾定律(Lambert-BeerLaw),是描述物質(zhì)對某一波長光吸收的強(qiáng)弱與吸光物質(zhì)的濃度及其液層厚度間關(guān)系的基本定律。以下是對比爾定律的詳細(xì)解釋:
一、定義與表述
當(dāng)一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時,其吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c及吸收層厚度b成正比。這一定律可以表述為:在光程上每等厚層介質(zhì)吸收相同比例值的光;光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目。
二、數(shù)學(xué)表達(dá)式
比爾定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為A=lg(I0/I1)=abc,其中:
A代表吸光度,是表征物質(zhì)對光的吸收程度的物理量。
I0為入射光的強(qiáng)度。
I1為透過溶液后的光強(qiáng)度。
a為吸光系數(shù)(也稱摩爾吸光系數(shù)或消光系數(shù)),表征物質(zhì)對光的吸收能力,與吸收物質(zhì)的性質(zhì)及入射光的波長有關(guān)。
b為液層厚度(也稱光程),單位為厘米(cm)。在某些情況下,b也常用L替換,含義一致。
c為溶液的濃度,單位為摩爾每升(mol/L)。
另外,比爾定律還有另一種數(shù)學(xué)表達(dá)形式A=log(Io/I)=εCl,其中ε為光被吸收的比例系數(shù),當(dāng)濃度采用摩爾濃度時,ε即為摩爾吸收系數(shù)。
三、物理意義與適用范圍
物理意義:比爾定律揭示了物質(zhì)對特定波長光的吸收強(qiáng)度與其濃度及液層厚度之間的定量關(guān)系。這一關(guān)系為光學(xué)分析中物質(zhì)的定量測定提供了堅實的理論基礎(chǔ)。
適用范圍:比爾定律適用于所有的電磁輻射和所有的吸光物質(zhì),包括氣體、固體、液體、分子、原子和離子。然而,在實際應(yīng)用中,比爾定律的成立條件需要待測物為均一的稀溶液、氣體等,無溶質(zhì)、溶劑及懸濁物引起的散射;入射光為單色平行光。當(dāng)測定條件不完全符合這些前提條件時,如使用非單色光、入射光非平行、溶液介質(zhì)不均勻、溶液濃度過高導(dǎo)致吸光質(zhì)點相互作用等,可能會導(dǎo)致比爾定律的偏離。