Prawo Lamberta-Beera

Prawo Lamberta-Beera (prawo Bouguera-Lamberta-Beera, prawo Beera-Lamberta-Bouguera-Waltera) – opisuje pochłanianie promieniowania elektromagnetycznego przy przechodzeniu przez częściowo absorbujący i rozpraszający ośrodek.

Historia

Prawo Lamberta-Beera jest wynikiem połączenia dwóch prostszych praw optyki, prawa Bouguera i prawa Beera. Historycznie jako pierwszy łączne prawo podał Pierre Bouguer w 1729 r. Było ono jednak podane w postaci opisowej i nie zostało dostrzeżone przez innych uczonych. Johann Heinrich Lambert podał w 1760 r. prostą zależność między absorbancją i grubością ciała pochłaniającego światło, natomiast August Beer podał w roku 1852 prostą zależność między absorbancją i stężeniem, a następnie połączył swoje prawo z prawem Bouguera do obecnie znanej postaci prawa Lamberta-Beera. O ile jednak prawo Bouguera jest spełnione ściśle, o tyle prawo Lamberta-Beera ma charakter przybliżony, ponieważ współczynnik proporcjonalności może zmieniać się wraz ze zmianą stężenia roztworu. Odchylenia wynikać mogą również z naruszenia równowagi termodynamicznej substancji lub zmiany stosunku liczby elektronów w stanie podstawowym do ogólnej liczby elektronów.

Postać prawa i definicja

W ogólnym przypadku prawo to głosi, że absorbancja jest wprost proporcjonalna do stężenia $c$ i grubości warstwy $l$ roztworu, przez który przechodzi promieniowanie:

$A=kcl$

gdzie:

• $A$ – absorbancja
• $k$ – stała proporcjonalności (współczynnik pochłaniania promieniowania, często nazywany współczynnikiem absorpcji)
• $c$ – stężenie substancji w roztworze
• $l$ – grubość warstwy absorbującej (droga jaką pokonuje promieniowanie przechodząc przez roztwór)

W przypadku gdy stężenie substancji $c$ wyrażone jest:

• jako stężenie molowe w mol/dm³, wówczas stałą proporcjonalności $k$ wyraża się symbolem $\varepsilon$, który jest określany molowym współczynnikiem absorpcji. $\varepsilon$ przyjmuje wówczas wymiar dm³·mol⁻¹·cm⁻¹, a prawo Lamberta-Beera ma postać:

${\begin{matrix}A=\varepsilon lc\end{matrix}}$

• stężeniem masowym w g·dm⁻³, to stałą proporcjonalności $k$ opisuje się symbolem $\alpha$ i który definiuje się jako współczynnik absorpcji właściwej (często spotykanymi nazwami są również współczynnik masowy absorpcji właściwej oraz masowy współczynnik absorpcji) mający wymiar dm³·g⁻¹·cm⁻¹. Prawo Lamberta-Beera opisuje się wówczas zależnością:

${\begin{matrix}A=\alpha lc\end{matrix}}$

Odstępstwa od prawa Lamberta-Beera

Prawo Lamberta-Beera jest spełnione dla wiązki promieniowania

• monochromatycznego,
• skolimowanego.

Ze względu na to nie jest poprawnym mówić o odstępstwach od prawa, gdyż prawo jest określone dla pewnych warunków. Jednakże gdy warunki te nie są spełnione obserwujemy nieliniowe zależności pomiędzy absorbancją a stężeniem. Zależności te mogą mieć charakter zarówno chemiczny, jak i fizyczny. Charakter chemiczny obserwowany jest, gdy cząsteczki substancji lub rozpuszczalnika bezpośrednio ze sobą oddziałują w wyniku na przykład solwatacji lub dysocjacji. Najważniejszym fizycznym czynnikiem wpływającym na nieliniowość zjawiska jest polichromatyczność (wielobarwność) przechodzącego promieniowania. W praktyce niemożliwe jest osiągnięcie wiązki monochromatycznej przez rozszczepienie pryzmatem ze względu na limit dyfrakcyjny szczeliny monochromatora.

Bibliografia

• Cygański Andrzej: Metody Spektroskopowe w Chemii Analitycznej. Warszawa: WNT, 2002, s. 207–210. ISBN 83-204-2728-2.
• Kocjan Ryszard: Chemia Analityczna, Podręcznik dla Studentów, Tom 2 Analiza Instrumentalna. Wyd. 2. Warszawa: 2000, s. 88–91.
• Minczewski Jerzy, Marczenko Zygmunt: Chemia Analityczna 3, Analiza Instrumentalna. Warszawa: PWN, 1976, s. 30–32.
• Zielinski Wojciech: Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych Tom 1. Warszawa: WNT, 2000, s. 19–20.