[科普中國(guó)]-朗伯比爾定律

朗伯一比爾定律(Lambed—Beei-law)是分光光度法的基本定律，是描述物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)光吸收的強(qiáng)弱與吸光物質(zhì)的濃度及其液層厚度間的關(guān)系。1

概念又稱比爾定律、比耳定律、朗伯-比爾定律（Beer-Lambert Law）、布格-朗伯-比爾定律，是光吸收的基本定律，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。比爾-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光電比色法的定量基礎(chǔ)。光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目 。

公式意義比爾—朗伯定律數(shù)學(xué)表達(dá)式2

A=lg(1/T)=Kbc
A為吸光度,T為透射比(透光度),是出射光強(qiáng)度（I）比入射光強(qiáng)度(I0).

K為摩爾吸收系數(shù).它與吸收物質(zhì)的性質(zhì)及入射光的波長(zhǎng)λ有關(guān).
c為吸光物質(zhì)的濃度，b為吸收層厚度.【b也常用L替換，含義一致】

物理意義

物理意義是當(dāng)一束平行單色光垂直通過(guò)某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時(shí),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，而透光度T與c、b成反比。

范圍(1) 入射光為平行單色光且垂直照射.

(2) 吸光物質(zhì)為均勻非散射體系.

(3) 吸光質(zhì)點(diǎn)之間無(wú)相互作用.

(4)輻射與物質(zhì)之間的作用僅限于光吸收,無(wú)熒光和光化學(xué)現(xiàn)象發(fā)生.

（5）適用范圍：吸光度在0.2~0.8之間

偏離原因在分光光度分析中，比爾定律是一個(gè)有限的定律，其成立條件是待測(cè)物為均一的稀溶液、氣體等，無(wú)溶質(zhì)、溶劑及懸濁物引起的散射；入射光為單色平行光。導(dǎo)致偏離朗伯-比爾定律的原因很多，但基本上可分為物理和化學(xué)兩個(gè)方面。物理方面主要是入射光的單色性不純所造成的；化學(xué)方面主要是由于溶液本身化學(xué)變化造成的。

單色光不純引起的偏離

嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，朗伯-比爾定律只適用于單色光。但由于儀器分辨能力所限，入射光實(shí)際為一很窄波段的譜帶。由于分光光度計(jì)分光系統(tǒng)中的色散元件分光能力差，即在工作波長(zhǎng)附近或多或少含有其他雜色光，雜散光(非吸收光)也會(huì)對(duì)比爾定律產(chǎn)生影響，這些雜色光將導(dǎo)致朗伯-比爾定律的偏離。

實(shí)際上，理論上的單色光是不存在的，我們所做的只能是讓入射光的光譜帶寬盡可能的小，要盡可能的靠近單色光。

溶液性質(zhì)引起的偏離

樣品溶液濃度的影響

比爾定律是一個(gè)有限的定律，它只適用于濃度小于0.01mol/L的稀溶液。因?yàn)闈舛雀邥r(shí)，吸光粒子間的平均距離減小，受粒子間電荷分布相互作用的影響，他們的摩爾吸收系數(shù)發(fā)生改變，導(dǎo)致偏離比爾定律。因此，待測(cè)溶液的濃度應(yīng)該控制在0.01mol/L以下。

溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)

例如，碘在四氯化碳溶液中呈紫色，在乙醇中呈棕色，在四氯化碳溶液中即使含有1%乙醇也會(huì)使碘溶液的吸收曲線形狀發(fā)生變化。這是由于溶質(zhì)和溶劑的作用，生色團(tuán)和助色團(tuán)也發(fā)生相應(yīng)的變化，使吸收光譜的波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)或向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，即所謂的紅移和藍(lán)移。

介質(zhì)不均勻性

朗伯-比爾定律是適用于均勻、非散射的溶液的一般規(guī)律，如果被測(cè)試液不均勻，是膠體溶液、乳濁液或懸浮液，則入射光通過(guò)溶液后，除了一部分被試液吸收，還會(huì)有反射、散射使光損失，導(dǎo)致透光率減小，使透射比減小，使實(shí)際測(cè)量吸光度增大，使標(biāo)準(zhǔn)曲線偏離直線向吸光度軸彎曲，造成對(duì)朗伯-比爾定律的偏離。

所以，在分析條件選擇時(shí)，應(yīng)考慮往樣品溶液的測(cè)量體系中加入適量的表面活性劑等來(lái)改善溶質(zhì)的均勻度。

溶質(zhì)的變化

比爾定律在有化學(xué)因素影響時(shí)不成立。解離、締合、生成絡(luò)合物或溶劑化等會(huì)對(duì)比爾定律產(chǎn)生偏離。離解是偏離朗伯-比爾定律的主要化學(xué)因素。溶液濃度的改變，離解程度也會(huì)發(fā)生變化，吸光度與濃度的比例關(guān)系便發(fā)生變化，導(dǎo)致偏離朗伯-比爾定律。

溶液中有色質(zhì)點(diǎn)的聚合與締合，形成新的化合物或互變異構(gòu)等化學(xué)變化以及某些有色物質(zhì)在光照下的化學(xué)分解、自身的氧化還原、干擾離子和顯色劑的作用等，都對(duì)遵守朗伯-比爾定律產(chǎn)生不良影響。

來(lái)自出射狹縫的光，其光譜帶寬度大于吸收光譜帶時(shí)，則投射在試樣上的光就有非吸收。這不僅會(huì)導(dǎo)致靈敏度的下降，而且使校正曲線彎向橫坐標(biāo)軸，偏離朗伯-比爾定律。非吸收光越強(qiáng)，對(duì)測(cè)定靈敏度影響就越嚴(yán)重。并且隨著被測(cè)試樣濃度的增加，非吸收光的影響增大。當(dāng)吸收很小時(shí)，非吸收光的影響可忽略不計(jì)。

影響單色光的影響

嚴(yán)格講，朗伯－比耳定律只適用于單色光，但用各種方法所得到的入射光實(shí)際上都是復(fù)合光。由于物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光的吸收程度不同，所以會(huì)引起對(duì)朗伯比耳定律的偏離。減免方法：盡量使入射光的波長(zhǎng)范圍窄。

化學(xué)因素的影響

嚴(yán)格講，朗伯－比耳定律要求吸光質(zhì)點(diǎn)間無(wú)相互作用。但實(shí)際工作中存在相互作用，并且吸光物質(zhì)濃度越大，相互作用也越大，偏離朗伯－比耳定律的程度也越嚴(yán)重，所以吸光分析應(yīng)在稀溶液中進(jìn)行。

發(fā)展由來(lái)物質(zhì)對(duì)光吸收的定量關(guān)系很早就受到了科學(xué)家的注意并進(jìn)行了研究。皮埃爾·布格（Pierre Bouguer）和約翰·海因里?！だ什↗ohann Heinrich Lambert）分別在1729年和1760年闡明了物質(zhì)對(duì)光的吸收程度和吸收介質(zhì)厚度之間的關(guān)系；1852年奧古斯特·比爾（August Beer）又提出光的吸收程度和吸光物質(zhì)濃度也具有類(lèi)似關(guān)系，兩者結(jié)合起來(lái)就得到有關(guān)光吸收的基本定律——布格－朗伯－比爾定律，簡(jiǎn)稱比爾－朗伯定律。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

劉勇 - 副教授 - 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院