Beer の法則では、溶液の吸光度は減衰種の濃度と光路長に正比例すると述べています。
読者をがっかりさせるつもりはありませんが、Beer's Law は土曜日の夜によく飲む飲み物とは何の関係もありません。実際には、ビールなどの溶液を通過する際の光の強度の減少に関係しています.
光線を溶液に通すと、その強度が弱まるというのはよくある観察です。たとえば、子供の頃、牛乳やジュースの入ったグラスにレーザー光や懐中電灯を向けたとき、グラスの向こう側に光が現れることはほとんどありませんでした。これの別の自然に観察された例は、大気中の太陽放射 (光) の透過です。太陽が放出する太陽放射の強度は、地球の大気圏を通過するにつれて弱まります。これは私たちにとって朗報です!
溶液粒子が放射線の一部を吸収し、一部のみを通過させるため、放射線の強度が低下します。ベールの法則は、溶液の吸光度とその属性の間に関係を生み出します。
溶液粒子は入射光の一部を吸収し、一部のみを通過させます。
ベールの法則の歴史
法律の名前には「ビール」が含まれているかもしれませんが、ピエール・ブーゲールがこの法律の重要な部分を発見したのは、実際には赤ワインでした。フランスの数学者であるピエール ブーゲールは、1729 年にポルトガルのアレンテージョで休暇中に赤ワインを飲んでいたときに、ビールの法則の半分を思いつきました。ただし、ヨハン ハインリッヒ ランバートは、ブーゲーの「Essai d’optique sur la gradient de la lumière」からそれを引用したにすぎないにもかかわらず、完全な発見の功績を認められていることがよくあります。
Lambert は著書 Photometria の中で、サンプルの吸光度は、光が通過するサンプル (溶液) の長さまたは厚さに正比例すると述べています。 120 年以上後の 1852 年、August Beer は光の強度の減少に関する別の関係を発見しました。彼は、「溶液によって吸収される光の量または溶液の吸光度は、その濃度に正比例する」と述べました。
Beer Lambert の法則とその公式
ベールの法則は、溶液の吸光度と濃度の関係です。 Beer の法則と Lambert の法則の 2 つの法則を組み合わせることで、溶液の吸光度とその濃度および光路長 (サンプルの厚さ) の間に共通の関係が得られます。したがって、この法則は Beer-Lambert の法則、Lambert-Beer の法則、または Beer-Lambert-Bouguer の法則と呼ばれます。ただし、簡単にするために、単に Beer の法則と呼ばれることがよくあります。
Beer-Lambert の法則は次のように述べています。溶液の吸光度は、サンプルの光路長と溶液中の減衰種の濃度に正比例します .
(注: 減衰とは、媒体を通過するときに流れの強度が徐々に失われることを表す科学用語です。)
簡単に言えば、溶液の濃度と光路長が増加すると、入射光の吸収も増加します。
この法則は数学的に次のように表されます:
A ∝ l c
ここで、A は物質の吸光度、l は光路長、c は溶液中の減衰種の濃度を表します。
比例記号を取り除くと、モル減衰定数または吸収率と呼ばれる定数項が方程式に導入されます。
吸収率は、何か (化学種) がエネルギー (放射線) を吸収する程度として定義され、ギリシャ文字 ε を使用して表されます。
透過率に関する Beer Lambert の法則
溶液を介して向けられた光線は、かなりの数の光学現象を受ける可能性があります。これらには、反射、屈折、散乱、干渉、および吸収が含まれます。または、光はまったく変化せずに透過する可能性があります。しかし、多くの場合、何かを通過すると光の強度が低下します。入射ビームの強度を I0 とし、反対側から出射する際の強度を I とします。光の強度の減少は次のように与えられます。
ΔI =I0 – I
ここで、ΔI は光の強度の減少です。
光の強度は、濃度 c、長さ/厚さ l の溶液を通過するときに、I0 から I に減少します。 (写真提供:petrroudny43/Shutterstock)
Beer の法則のために、光は吸収のみを受け、他の光イベントは受けないと仮定しましょう。 ΔI の値は、溶液によって吸収される光の量に等しくなります (ΔI =I 吸収)。実際には、吸収される光の量は、2 つの異なる溶液 (溶媒のみを含む溶液と、溶質 (減衰種) が溶解した別の溶液) に光を通すことによって計算されます。
I と I0 の値は、透過率と呼ばれる別の重要な項を見つけるのに役立ちます。透過率は、オブジェクトに入射する光の量 (I0) と比較した、オブジェクトによって透過される光の量 (I) として定義されます。数学的には、透過率 (T) は次のように表されます:
一方、物体の吸光度 (A) は、透過光 (I) に対する入射光 (I0) の強度の比の対数として定義されます。次のように与えられます:
吸光度と透過率の式を組み合わせると、次のようになります。
したがって、種の吸光度は、その透過率の負の対数 (A =-log T) に等しくなります。 Beer-Lambert の法則は、透過率で次のように表すことができます。
ベールの法則を説明するステートメントは、次のように修正することもできます。「濃度と光路長の積が一定のままであれば、溶液を透過する光の量は一定のままです」.
方程式 A=εlc および T=10-εlc は、溶液内に減衰種が 1 つしか存在しない場合に適用できます。溶液中の減衰種の数である N のより一般化された式は、次のように与えられます。
結論
ベールの法則は、主に分光測光の分野と波動光学の研究に応用されています。分光光度法では、既知の波長の紫外光または赤外光のビームを溶液に通過させます。溶液によって吸収および透過される光の量は、分光計または比色計と呼ばれる機器を使用して測定されます。サンプルは限られた量しか入手できないため、分光測光法は生化学的化合物のテストに重要性を見出し、非破壊技術の使用が不可欠になります。
ただし、ベールの法則は特定の条件下でのみ機能します。 Beer の法則に従わない条件には、入射放射線が単色 (単一波長) でない場合、各入射放射線が同じ光学長を横断しない場合、およびより濃度の高い溶液の場合が含まれます。
ベールの法則はビールに有効ですか?さて、これで法律のすべてがわかったので、次に友達と週末にビールを飲みに出かけるときは、自分で調べてみませんか?
