光的吸收定律
同修 / 2022-07-11
光的吸收定律
当一束平行的波长为入的单色光通过一均匀的有色溶液时，光的一部分被比色皿的表面反射回来，一部分被溶液吸收，一部分则透过溶液，这些数值间有如下的关系：
Io=Ia+Ir+It
式中 Io——入射光的强度；
Ia——被吸收光的强度；
Ir——反射光的强度；
It——透过光的强度。
在比色分析中采用同种质料的比色皿，其反射光的强度是不变的，由于反射所引起的误差互相抵消。因此上式简化为：
Io=Ia+It
式中Ia越大即说明对光吸收的越强，也就是透过光It的强度越小，光减弱的越多。因此所谓比色分析法实质上是测量透过光强度的变化。综上所述可知透过光强度的改变是与有色溶液浓度c和液层厚度L有关。也就是溶液浓度愈大液层愈厚，透过的光愈少，入射光的强度减弱的愈显著。这就是光的吸收定律的意义。其数学表达式如下：
log Io/ It=kcL
式中log Io/It一表示光线通过溶液时，被吸收的程度，通常
用A表示，称吸光度；
k——比例常数，它与入射光的波长和物质性质有
关而与光的强度、溶液的浓度及液层厚度
无关。
将吸光度概念代入上式，可简化为：
A=kcL
光的吸收定律也称为朗伯-比耳定律。朗伯定律是说明光的吸收与吸收层厚度成正比。比耳定律是说明光的吸收与溶液浓度成正比。如果同时考虑吸收层的厚度和溶液的浓度对单色光吸收率的影响，则得朗伯-比耳定律。它是比色分析的理论基础。
吸光系数、摩尔吸光系数
在光的吸收定律中，k是比例常数，它与入射光的波长，溶液的性质有关。如果有色物质溶液的浓度c用克/升表示，液层厚度以厘米表示，比例常数&称为吸光系数。如果浓度c用摩尔/升表示，液层厚度以厘米表示，则比例常数e称为摩尔吸光系数(或克分子吸光系数)。摩尔吸光系数的单位为升/摩尔·厘米。它表示物质的浓度为1摩尔/升，液层厚度为1厘米时溶液的吸光度。符号常用e表示，因此光的吸收定律又可写成：
A=ecL
摩尔吸光系数是通过测量吸光度值，再经过计算而求得的。
例如已知含Fe3+浓度为500微克/升的溶液，用KCNS显色，在波长480nm处用2厘米比色皿测得吸光度A=0.19，计算摩尔吸光系数。
[解].Fe原子量为55，85
[Fe2+]=500×10-6/55.85 =8.9×10-6（摩尔/升）
A=ecL
0.19=e×8.9×10-6×2
e=0.19/8.9×10-6×2=1.1×10
摩尔吸光系数表示物质对某一特定波长光的吸收能力。e愈大表示该物质对某波长光的吸收能力愈强，比色测定的灵敏度就愈高。因此进行比色测定时，为了提高分析的灵敏度，必须选择摩尔吸光系数大的有色化合物作显色剂，选择具有最大e值的波长作入射光。e与溶液的浓度及液层厚度无关。
光吸收定律的适用范围
朗伯定律和比尔定律的使用都是有一定条件的。在应用朗伯一比耳定律时应注意其适用范围。
朗伯定律对于各种有色的均匀溶液都是适用的。但对比耳定律只在一定浓度范围内适用，吸光度A和浓度才成直线关系。在比色分析中，常利用这种直线关系测定物质含量。测定方法是：配制一系列不同浓度的标准溶液，在一定条件下显色，使用同样厚度的比色皿，测定吸光度，然后以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得一条直线，称为工作曲线或标准曲线。在同样条件下测出试样溶液的吸光度，就可从工作曲线上查出试样溶液的浓度c1。如图13-4所示。
但在实际工作中经常发现标准曲线不成直线的情况，特别是当吸光物质的浓度高时，明显的表现标准曲线向下或向上偏离。这种情况称为偏离朗伯-比耳定律现象。在一般情况下，如果偏离朗伯-比耳定律的程度不严重仍可用于比色分析，偏离严重则不能，否则将会引起较大的误差。
引起偏离朗伯-比耳定律的原因有以下二点：
(1)入射光非单色光严格讲朗伯-比耳定律只适用于单色光。但实际上目前各种方法所得到的入射光，实际上是一定波长范围内的光，因而产生了对朗伯-比耳定律的偏离。
(2)溶液中的化学反应溶液中的吸光物质常因离解、缔合、形成新的化合物或互变异构体等的化学变化而改变了浓度，因而导致对朗伯-比耳定律的偏离。
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