摘要：本文介绍了朗伯——比尔定律在近代化学分析领域的技术应用和工作原理，通过列举大量的试验设备所涉及该定律的现状，得出该定律作为常规分析是有效且高效的，同时说明其有一定的局限性。
关键词：朗伯——比尔定律；光度计；红外碳硫仪；局限性
一、引言
比尔定律最早由皮埃尔·布格和约翰·海因里希·朗伯在1729年和1760年对物质对光的吸收关系进行了阐明，在1852年由奥古斯特·比尔对该定律进行了完善，两者结合后就得到有关光吸收的基本定律——“比尔—朗伯定律”。时至今日，分析设备逐渐集成化、精密化，但一些分析仪器的最终原理仍离不开比尔—朗伯定律。
二、比尔定律的表达式
简单地说，比尔定律就是当一单色光通过有色溶液时，溶液的吸光度与其浓度成正比。
它可用以下数学公式描述：
A=lg■=K2bC （2-1）
式中，b为光程；C为溶液的浓度；K2为比例常数，一般将K2称为吸光系数，单位为1/（g·cm）。
式（2-1）中，若将浓度C以摩尔（mol）浓度表示，光程b以厘米（cm）表示，则吸光系数K2称为摩尔吸光系数，一般用ε表示，其单位为1/（mol·cm）。此时，式（2-1）可改写为：
A=lg■=εbC （2-2）
其中，ε是有色溶液在浓度C为1mol/L，光程b为1cm时的吸光度，它表征各种有色物质在一定波长下的特征常数，它可以衡量显色反应的灵敏度。ε值越大，表示该有色物质对此波长光的吸收能力越强，显色反应越灵敏。一般ε的变化范围是10～105，其中ε>104为强度大的吸收，ε<103为强度小的吸收。
综上所述，比尔定律可以描述为：当一束平行的单色光通过某一均匀的有色溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和光程的乘积成正比，这就是比尔定律的真正物理意义。它是光度分析中定量分析的最基础、最根本的依据。这也是紫外可见分光光度计的基本原理。
三、比尔定律的应用
近代化学分析中，几乎所有的光学分析仪器的原理都离不开比尔定律。
1.分光光度计，它是现代分子生物实验室的常规仪器，常用于核酸，蛋白定量以及细菌生长浓度的定量；它是化学室里湿法定量分析使用率最高的常用仪器，对测定如P、Si、Mn等单一元素既简单又有效。
光度计是在特定波长测定被测物质对光的吸收度，波长范围分为紫外光区（200～400nm）、可见光区（400～760nm）和红外光区（2.5～25μm），相应的光度计可分为紫外分光光度计、可见光分光光度计（或比色计）、红外分光光度计或原子吸收分光光度计。而这些光度计的原理就是比尔定律。
2.红外碳硫仪，它是冶金行业特别是转炉快速分析碳硫的一种常用设备，另外在对铁矿石、焦炭、煤、石灰和各种钢中的碳硫测定中最常用的一种仪器。
红外碳硫仪通过燃烧法分析样品中的碳、硫的百分含量，样品在富氧状态下经过燃烧生成CO2、SO2，进入吸收池，借助CO2和SO2吸收特定波长的红外光能量的原理，将CO2、SO2的吸收池浓度变化转换成电压，经计算机分析得出碳和硫的百分含量。这个红外光区的吸收动作的原理就是比尔定律。
虽然比尔定律在特定条件下是可靠的，而这个可靠至少需要三个保证：第一，采用的是单身光；第二，入射光是平行光；第三，被测物质与介质直接相互不干扰。此外，样品的处理、系统的误差及操作误差等，都对比尔定律的可靠性提出了挑战。
四、比尔定律的局限性
任何定律在日常应用中都会有局限性，比尔定律也是如此，它是一个有局限性的定律。
比尔定律所定义的物质对光的吸收和物质的浓度呈线性关系。这个在低含量时既稀溶液时才可成立。当溶液浓度很高时，各物质间的电荷将会影响特定光波的吸收能力，对吸光度和浓度之间的线性关系发生偏离，浓度越高偏离越大。
另外，溶液的折射率也会影响其线性关系，溶液的折射率是随着溶液的浓度改变而改变的，因此，比尔定律在低浓度时是正确的，只有在高浓度时才受到制约。
五、总结
虽然比尔定律在实际应用中有局限性，但不可否认其在近代化学分析中起到的积极作用，因此，在实际应用中，考虑其局限性，使用者可以通过一些差分法等手段使其逐渐削弱其偏差，才能用好这些光学式分析仪器。
【责编 张景贤】
查看全文