Alkoholio-Lamberto dėsnis: Absorbancijos skaičiuoklė tirpaluose

Apskaičiuokite absorbanciją naudodami Alkoholio-Lamberto dėsnį, įvesdami kelio ilgį, molinį absorbcijos koeficientą ir koncentraciją. Būtina spektroskopijai, analitinei chemijai ir laboratorinėms aplikacijoms.

Alkoholio-Lamberto dėsnio skaičiuoklė

Formulė

A = ε × c × l

Kur A yra absorbcija, ε yra molinė absorbcija, c yra koncentracija, o l yra kelio ilgis.

Absorbcija

0.0000
Kopijuoti

Vizualizacija

Tai rodo, kokia procentinė dalis šviesos yra sugerta tirpale.

📚

Dokumentacija

Alaus-Lamberto Įstatymo Skaičiuoklė

Įvadas

Alaus-Lamberto Įstatymo Skaičiuoklė yra galingas įrankis, sukurtas apskaičiuoti tirpalo absorbciją, remiantis pagrindiniais šviesos absorbcijos principais spektroskopijoje. Šis įstatymas, dar žinomas kaip Beerio Įstatymas arba Alaus-Lamberto-Bouguer Įstatymas, yra kertinis principas analitinėje chemijoje, biochemijoje ir spektroskopijoje, kuris susieja šviesos slopinimą su medžiagos savybėmis, per kurias šviesa keliauja. Mūsų skaičiuoklė suteikia paprastą, tikslią būdą nustatyti absorbcijos vertes įvedant tris pagrindinius parametrus: kelio ilgį, molinę absorbciją ir koncentraciją.

Ar esate studentas, besimokantis spektroskopijos pagrindų, tyrėjas, analizuojantis chemines junginius, ar profesionalas farmacijos pramonėje, ši skaičiuoklė siūlo tiesioginį sprendimą jūsų absorbcijos skaičiavimams. Suprasdami ir taikydami Alaus-Lamberto Įstatymą, galite kiekybiškai nustatyti absorbuojančių rūšių koncentraciją tirpale, kas yra pagrindinė technika šiuolaikinėje analitinėje chemijoje.

Alaus-Lamberto Įstatymo Formulė

Alaus-Lamberto Įstatymas matematiškai išreiškiamas taip:

A=ε×c×lA = \varepsilon \times c \times l

Kur:

  • A yra absorbcija (be matmenų)
  • ε (epsilon) yra molinė absorbcija arba molinė išnykimo koeficientas [L/(mol·cm)]
  • c yra absorbuojančios rūšies koncentracija [mol/L]
  • l yra mėginio kelio ilgis [cm]

Absorbcija yra be matmenų kiekis, dažnai išreiškiamas "absorbcijos vienetais" (AU). Ji atspindi incidentinės ir perduotos šviesos intensyvumo santykio logaritmą:

A=log10(I0I)=log10(T)A = \log_{10}\left(\frac{I_0}{I}\right) = -\log_{10}(T)

Kur:

  • I₀ yra incidentinės šviesos intensyvumas
  • I yra perduotos šviesos intensyvumas
  • T yra perduotumas (I/I₀)

Santykis tarp perduotumo (T) ir absorbcijos (A) taip pat gali būti išreikštas kaip:

T=10A arba T=eAln(10)T = 10^{-A} \text{ arba } T = e^{-A\ln(10)}

Šviesos, absorbuojamos tirpale, procentą galima apskaičiuoti taip:

Absorbuota Procentine˙ Dalį=(1T)×100%\text{Absorbuota Procentinė Dalį} = (1 - T) \times 100\%

Apribojimai ir Prielaidų

Alaus-Lamberto Įstatymas galioja tam tikromis sąlygomis:

  • Absorbuojanti terpė turi būti homogeniška ir neturėtų sklaidyti šviesos
  • Absorbuojančios molekulės turi veikti nepriklausomai viena nuo kitos
  • Incidentinė šviesa turėtų būti monochromatinė (arba turėti siaurą bangos ilgio diapazoną)
  • Koncentracija turėtų būti santykinai maža (paprastai < 0.01M)
  • Tirpalas neturėtų patirti cheminių reakcijų, kai yra veikiamas šviesos

Didelėse koncentracijose gali pasireikšti nuokrypiai nuo įstatymo dėl:

  • Elektrostatinių sąveikų tarp molekulių, esančių arti viena kitos
  • Šviesos sklaidos dėl dalelių
  • Cheminių pusiausvyros pokyčių, kai koncentracija keičiasi
  • Refrakcijos indekso pokyčių didelėse koncentracijose

Kaip Naudotis Šia Skaičiuokle

Mūsų Alaus-Lamberto Įstatymo Skaičiuoklė sukurta su paprastumu ir tikslumu mintyje. Sekite šiuos žingsnius, kad apskaičiuotumėte savo tirpalo absorbciją:

  1. Įveskite Kelio Ilgį (l): Įveskite atstumą, kurį šviesa keliauja per medžiagą, paprastai tai yra cuvetės arba mėginio konteinerio plotis, matuojamas centimetrais (cm).

  2. Įveskite Molinę Absorbciją (ε): Įveskite medžiagos molinį išnykimo koeficientą, kuris yra matas, kiek stipriai medžiaga sugeria šviesą tam tikru bangos ilgiu, matuojamas L/(mol·cm).

  3. Įveskite Koncentraciją (c): Įveskite absorbuojančios rūšies koncentraciją tirpale, matuojamą moliais per litrą (mol/L).

  4. Peržiūrėkite Rezultatą: Skaičiuoklė automatiškai apskaičiuos absorbcijos vertę, naudodama Alaus-Lamberto formulę (A = ε × c × l).

  5. Vizualizacija: Stebėkite vizualinę reprezentaciją, rodančią, kiek procentų šviesos buvo absorbuota jūsų tirpale.

Įvesties Validacija

Skaičiuoklė atlieka šiuos validacijos veiksmus jūsų įvestims:

  • Visos vertės turi būti teigiami skaičiai
  • Tušti laukai nėra leidžiami
  • Neteisingi skaičiai atmetami

Jei įvesite neteisingus duomenis, pasirodys klaidos pranešimas, kuris padės jums ištaisyti įvestį prieš tęsiant skaičiavimą.

Rezultatų Interpretavimas

Absorbcijos vertė pasako, kiek šviesos buvo sugerta jūsų tirpale:

  • A = 0: Nėra absorbcijos (100% perdavimas)
  • A = 1: 90% šviesos yra sugerta (10% perdavimas)
  • A = 2: 99% šviesos yra sugerta (1% perdavimas)

Vizualizacija padeda jums intuityviai suprasti šviesos absorbcijos laipsnį, rodydama procentą incidentinės šviesos, kuri yra sugerta, kai ji praeina per jūsų mėginį.

Praktiniai Taikymo Būdai

Alaus-Lamberto Įstatymas taikomas daugelyje mokslinių ir pramoninių sričių:

Analitinė Chemija

  • Kiekybinė Analizė: Nustatyti nežinomų mėginių koncentraciją matuojant absorbciją
  • Kokybės Kontrolė: Stebėti cheminių produktų grynumą ir koncentraciją
  • Aplinkos Tyrimai: Analizuoti teršalus vandens ir oro mėginiuose

Biochemija ir Molekulinė Biologija

  • Baltymų Kiekybinimas: Matuoti baltymų koncentraciją naudojant kolorimetrinius bandymus
  • DNR/RNR Analizė: Kiekybiškai nustatyti nukleino rūgštis per UV absorbciją 260 nm
  • Fermentų Kinetika: Stebėti reakcijos eigą, sekant absorbcijos pokyčius

Farmacijos Pramonė

  • Vaistų Vystymas: Analizuoti farmacinių junginių koncentraciją ir grynumą
  • Tirpumo Bandymai: Matuoti, kaip greitai vaistas tirpsta kontroliuojamomis sąlygomis
  • Stabilumo Tyrimai: Stebėti cheminį skaidymą laikui bėgant

Klinikinė Laboratorinė Mokslas

  • Diagnostiniai Bandymai: Matuoti biomarkerius kraujyje ir kituose biologiniuose skysčiuose
  • Terapinių Vaistų Stebėjimas: Užtikrinti, kad pacientai gautų tinkamas vaistų dozes
  • Toksikologiniai Tyrimai: Aptikti ir kiekybiškai nustatyti toksiškas medžiagas

Maisto ir Gėrimų Pramonė

  • Spalvos Analizė: Matuoti maisto dažus ir natūralius pigmentus
  • Kokybės Vertinimas: Nustatyti įvairių komponentų koncentraciją maisto produktuose
  • Aludarystė: Stebėti fermentacijos procesą ir produkto kokybę

Žingsnis po Žingsnio Pavyzdžiai

Pavyzdys 1: Baltymų Koncentracijos Matuoklis

Biochemikas nori nustatyti baltymų tirpalo koncentraciją naudodamas spektrofotometrą:

  1. Baltymas turi žinomą molinę absorbciją (ε) 5,000 L/(mol·cm) 280 nm
  2. Mėginys dedamas į standartinę 1 cm cuvetę (l = 1 cm)
  3. Išmatuota absorbcija (A) yra 0.75

Naudojant Alaus-Lamberto Įstatymą: c = A / (ε × l) = 0.75 / (5,000 × 1) = 0.00015 mol/L = 0.15 mM

Pavyzdys 2: Tirpalo Koncentracijos Patikrinimas

Chemikas paruošia kalio permanganato (KMnO₄) tirpalą ir nori patikrinti jo koncentraciją:

  1. KMnO₄ molinė absorbcija (ε) 525 nm yra 2,420 L/(mol·cm)
  2. Tirpalas dedamas į 2 cm cuvetę (l = 2 cm)
  3. Tikslinė koncentracija yra 0.002 mol/L

Tikėtina absorbcija: A = ε × c × l = 2,420 × 0.002 × 2 = 9.68

Jei išmatuota absorbcija reikšmingai skiriasi nuo šios vertės, tirpalo koncentracija gali prireikti koreguoti.

Alternatyvos Alaus-Lamberto Įstatymui

Nors Alaus-Lamberto Įstatymas plačiai naudojamas, yra situacijų, kai alternatyvūs metodai gali būti tinkamesni:

Kubelka-Munk Teorija

  • Geriau tinka labai sklaidžioms medijoms, tokioms kaip milteliai, popierius ar tekstilė
  • Atsižvelgia į absorbcijos ir sklaidos efektus
  • Matematiškai sudėtingesnis, bet tikslesnis drumstiems mėginiams

Modifikuotas Alaus-Lamberto Įstatymas

  • Įtraukia papildomus terminus, kad atsižvelgtų į nuokrypius didelėse koncentracijose
  • Dažnai naudojamas forma: A = εcl + β(εcl)²
  • Suteikia geresnę tikslumą, kai dirbama su koncentruotais tirpalais

Daugialypės Sudėties Analizė

  • Naudojama, kai yra kelios absorbuojančios rūšys
  • Naudoja matricos algebrą, kad išspręstų individualių komponentų koncentracijas
  • Reikalauja matavimų keliuose bangos ilgiuose

Derivatyvinė Spektroskopija

  • Analizuoja absorbcijos pokyčių greitį atsižvelgiant į bangos ilgį
  • Padeda išspręsti persidengiančius pikus ir sumažinti foninius efektus
  • Naudinga sudėtingiems mišiniams ir mėginiams su foniniu trukdžiu

Istorinė Apžvalga

Alaus-Lamberto Įstatymas sujungia principus, kuriuos atrado du mokslininkai, dirbantys nepriklausomai:

Pierre Bouguer (1729)

  • Pirmasis aprašė eksponentinį šviesos absorbcijos pobūdį
  • Atrado, kad lygūs medžiagos storiai sugeria lygią šviesos dalį
  • Jo darbas padėjo sukurti perdavimo koncepciją

Johann Heinrich Lambert (1760)

  • Išplėtė Bouguerio darbą savo knygoje "Photometria"
  • Suformulavo matematinį ryšį tarp absorbcijos ir kelio ilgio
  • Nustatė, kad absorbcija yra tiesiogiai proporcinga terpės storio

August Beer (1852)

  • Išplėtė įstatymą, kad apimtų koncentracijos poveikį
  • Parodė, kad absorbcija yra tiesiogiai proporcinga absorbuojančios rūšies koncentracijai
  • Sujungė su Lambert'o darbu, kad sudarytų pilną Alaus-Lamberto Įstatymą

Šių principų integracija revoliucionavo analitinę chemiją, suteikdama kiekybinį metodą nustatyti koncentracijas naudojant šviesos absorbciją. Šiandien Alaus-Lamberto Įstatymas išlieka pagrindiniu principu spektroskopijoje ir sudaro pagrindą daugybei analitinių technikų, naudojamų įvairiose mokslinėse disciplinose.

Programavimo Įgyvendinimai

Štai keletas kodo pavyzdžių, kaip įgyvendinti Alaus-Lamberto Įstatymą įvairiose programavimo kalbose:

1' Excel formulė absorbcijai apskaičiuoti
2=KelioIlgis*MolinėAbsorbcija*Koncentracija
3
4' Excel VBA funkcija Alaus-Lamberto Įstatymui
5Function CalculateAbsorbance(KelioIlgis As Double, MolinėAbsorbcija As Double, Koncentracija As Double) As Double
6    CalculateAbsorbance = KelioIlgis * MolinėAbsorbcija * Koncentracija
7End Function
8
9' Apskaičiuoti perduotumą iš absorbcijos
10Function CalculateTransmittance(Absorbance As Double) As Double
11    CalculateTransmittance = 10 ^ (-Absorbance)
12End Function
13
14' Apskaičiuoti absorbuotą procentą
15Function CalculatePercentAbsorbed(Transmittance As Double) As Double
16    CalculatePercentAbsorbed = (1 - Transmittance) * 100
17End Function
18

Dažnai Užduodami Klausimai

Kas yra Alaus-Lamberto Įstatymas?

Alaus-Lamberto Įstatymas yra optikos ryšys, kuris susieja šviesos slopinimą su medžiagos savybėmis, per kurias šviesa keliauja. Jis teigia, kad absorbcija yra tiesiogiai proporcinga absorbuojančios rūšies koncentracijai ir mėginio kelio ilgiui.

Kokie matavimo vienetai naudojami kiekvienam parametrui Alaus-Lamberto Įstatyme?

  • Kelio ilgis (l) paprastai matuojamas centimetrais (cm)
  • Molinė absorbcija (ε) matuojama litrais per molį-centimetrą [L/(mol·cm)]
  • Koncentracija (c) matuojama moliais per litrą (mol/L)
  • Absorbcija (A) yra be matmenų, nors kartais išreiškiama kaip "absorbcijos vienetai" (AU)

Kada Alaus-Lamberto Įstatymas sugriūva?

Alaus-Lamberto Įstatymas gali nesilaikyti tam tikromis sąlygomis:

  • Didelėse koncentracijose (paprastai > 0.01M) dėl molekulių sąveikų
  • Kai absorbuojanti terpė reikšmingai sklaido šviesą
  • Kai absorbuojančios rūšys patiria cheminius pokyčius šviesos poveikyje
  • Naudojant polichromatinę (daugybės bangos ilgių) šviesą vietoj monochromatinės
  • Kai mėginyje vyksta fluorescencija ar fosforescencija

Kaip nustatoma molinė absorbcija?

Molinė absorbcija nustatoma eksperimentiniu būdu, matuojant tirpalų, turinčių žinomas koncentracijas ir kelio ilgius, absorbciją, tada sprendžiant Alaus-Lamberto lygtį. Ji yra specifinė kiekvienai medžiagai ir skiriasi priklausomai nuo bangos ilgio, temperatūros ir tirpiklio.

Ar Alaus-Lamberto Įstatymą galima naudoti mišiniams?

Taip, mišiniams, kur komponentai nesąveikauja, bendroji absorbcija yra kiekvieno komponento absorbcijų suma. Tai išreiškiama taip: A = (ε₁c₁ + ε₂c₂ + ... + εₙcₙ) × l kur ε₁, ε₂ ir kt. yra kiekvieno komponento molinės absorbcijos, o c₁, c₂ ir kt. yra jų atitinkamos koncentracijos.

Koks skirtumas tarp absorbcijos ir optinio tankio?

Absorbcija ir optinis tankis iš esmės yra tas pats kiekis. Abu nurodo incidentinės ir perduotos šviesos intensyvumo santykio logaritmą. Terminas "optinis tankis" kartais yra labiau pageidaujamas biologinėse taikymo srityse, o "absorbcija" yra dažniau naudojama chemijoje.

Kiek tiksli yra Alaus-Lamberto Įstatymo Skaičiuoklė?

Skaičiuoklė suteikia rezultatus su aukštu skaičių tikslumu, tačiau rezultatų tikslumas priklauso nuo jūsų įvestų vertių tikslumo. Norint gauti tiksliausius rezultatus, būtina užtikrinti, kad:

  • Jūsų mėginys būtų Alaus-Lamberto Įstatymo linijiniame diapazone
  • Naudojate tikslias molinės absorbcijos vertes
  • Jūsų koncentracijos ir kelio ilgio matavimai būtų tikslūs
  • Jūsų mėginys atitiktų Alaus-Lamberto Įstatymo prielaidas

Ar galiu naudoti Alaus-Lamberto Įstatymą ne skystiems mėginiams?

Nors Alaus-Lamberto Įstatymas pirmiausia buvo sukurtas skystiems tirpalams, jis gali būti taikomas dujoms ir, su modifikacijomis, kai kuriems kietiems mėginiams. Kietiems mėginiams, turintiems reikšmingą šviesos sklaidą, alternatyvūs modeliai, tokie kaip Kubelka-Munk teorija, gali būti tinkamesni.

Kaip temperatūra veikia Alaus-Lamberto Įstatymo skaičiavimus?

Temperatūra gali paveikti absorbcijos matavimus keliais būdais:

  • Molinė absorbcija gali keistis su temperatūra
  • Terminis išsiplėtimas gali pakeisti koncentraciją
  • Cheminės pusiausvyros gali pasikeisti su temperatūros pokyčiais Norint gauti tikslius rezultatus, svarbu palaikyti nuoseklų temperatūros režimą ir naudoti molinės absorbcijos vertes, nustatytas tokioje pačioje temperatūroje, kaip ir jūsų matavimai.

Koks bangos ilgis turėtų būti naudojamas absorbcijos matavimams?

Turėtumėte paprastai naudoti bangos ilgį, kuriame absorbuojanti rūšis turi stiprią ir charakteristinę absorbciją. Dažnai tai yra tiesiogiai arba netoli absorbcijos maksimumo (piko) spektre. Kiekybinio darbo atveju geriausia pasirinkti bangos ilgį, kuriame mažai pokyčių bangos ilgyje nesukelia didelių pokyčių absorbcijoje.

Nuorodos

  1. Beer, A. (1852). "Bestimmung der Absorption des rothen Lichts in farbigen Flüssigkeiten" [Raudonos šviesos absorbcijos nustatymas spalvotuose skysčiuose]. Annalen der Physik und Chemie, 86: 78–88.

  2. Ingle, J. D., & Crouch, S. R. (1988). Spectrochemical Analysis. Prentice Hall.

  3. Perkampus, H. H. (1992). UV-VIS Spectroscopy and Its Applications. Springer-Verlag.

  4. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9th ed.). W. H. Freeman and Company.

  5. Skoog, D. A., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2017). Principles of Instrumental Analysis (7th ed.). Cengage Learning.

  6. Parson, W. W. (2007). Modern Optical Spectroscopy. Springer-Verlag.

  7. Lakowicz, J. R. (2006). Principles of Fluorescence Spectroscopy (3rd ed.). Springer.

  8. Ninfa, A. J., Ballou, D. P., & Benore, M. (2010). Fundamental Laboratory Approaches for Biochemistry and Biotechnology (2nd ed.). Wiley.

  9. Swinehart, D. F. (1962). "The Beer-Lambert Law". Journal of Chemical Education, 39(7): 333-335.

  10. Mayerhöfer, T. G., Pahlow, S., & Popp, J. (2020). "The Bouguer-Beer-Lambert Law: Shining Light on the Obscure". ChemPhysChem, 21(18): 2029-2046.


Mūsų Alaus-Lamberto Įstatymo Skaičiuoklė suteikia paprastą, tačiau galingą būdą apskaičiuoti absorbciją, remiantis kelio ilgiu, moline absorbcija ir koncentracija. Ar esate studentas, tyrėjas ar pramonės profesionalas, šis įrankis padeda jums taikyti pagrindinius spektroskopijos principus jūsų specifiniams poreikiams. Išbandykite dabar, kad greitai ir tiksliai nustatytumėte absorbcijos vertes savo tirpalams!