Bira-Lamberta likums: Absorbance šķidrumos

Aprēķiniet absorbanci, izmantojot Bira-Lamberta likumu, ievadot ceļa garumu, molāro absorbciju un koncentrāciju. Nepieciešams spektroskopijā, analītiskajā ķīmijā un laboratorijas pielietojumos.

Alkoholisko dzērienu likuma kalkulators

Formula

A = ε × c × l

Kur A ir absorbance, ε ir molārā absorbcija, c ir koncentrācija, un l ir ceļa garums.

Absorbance

0.0000
Kopēt

Vizualizācija

Tas parāda gaismas procentu, ko absorbē šķīdums.

📚

Dokumentācija

Alus-Lamberta likums Kalkulators

Ievads

Alus-Lamberta likums Kalkulators ir jaudīgs rīks, kas izstrādāts, lai aprēķinātu šķīduma absorbanci, pamatojoties uz gaismas absorbcijas pamatprincipiem spektroskopijā. Šis likums, kas pazīstams arī kā Beera likums vai Alus-Lamberta-Bouguer likums, ir pamata princips analītiskajā ķīmijā, bioķīmijā un spektroskopijā, kas saista gaismas vājināšanos ar materiāla īpašībām, caur kurām gaisma ceļo. Mūsu kalkulators nodrošina vienkāršu, precīzu veidu, kā noteikt absorbances vērtības, ievadot trīs galvenos parametrus: ceļa garumu, molāro absorbciju un koncentrāciju.

Neatkarīgi no tā, vai esat students, kurš apgūst spektroskopijas pamatus, pētnieks, kurš analizē ķīmiskos savienojumus, vai profesionālis farmācijas nozarē, šis kalkulators piedāvā vienkāršu risinājumu jūsu absorbances aprēķiniem. Izprotot un piemērojot Alus-Lamberta likumu, jūs varat kvantitatīvi noteikt absorbējošo sugu koncentrāciju šķīdumā, kas ir pamattehnika mūsdienu analītiskajā ķīmijā.

Alus-Lamberta likuma formula

Alus-Lamberta likums matemātiski izsaka šādi:

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

Kur:

  • A ir absorbance (bezdimensiju)
  • ε (epsilon) ir molārā absorbcija vai molārā iznīcināšanas koeficients [L/(mol·cm)]
  • c ir absorbējošo sugu koncentrācija [mol/L]
  • l ir parauga ceļa garums [cm]

Absorbance ir bezdimensiju lielums, ko bieži izsaka "absorbances vienībās" (AU). Tā attēlo incidentās un pārvietotās gaismas intensitātes attiecības logaritmu:

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

Kur:

  • I₀ ir incidentās gaismas intensitāte
  • I ir pārvietotās gaismas intensitāte
  • T ir pārvietošanās koeficients (I/I₀)

Attiecību starp pārvietošanās koeficientu (T) un absorbanci (A) var izteikt arī šādi:

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

Gaismas procentuālo daļu, ko absorbē šķīdums, var aprēķināt šādi:

Procentuaˉli absorbeˉts=(1T)×100%\text{Procentuāli absorbēts} = (1 - T) \times 100\%

Ierobežojumi un pieņēmumi

Alus-Lamberta likums ir spēkā noteiktos apstākļos:

  • Absorbējošajam vidē jābūt homogēnam un nedrīkst izkliedēt gaismu
  • Absorbējošās molekulas jādarbojas neatkarīgi viena no otras
  • Incidentajai gaismai jābūt monochromātiskai (vai ar šauru viļņu garumu)
  • Koncentrācijai jābūt salīdzinoši zema (parasti < 0.01M)
  • Šķīdumam nedrīkst notikt ķīmiskas reakcijas, kad tas ir pakļauts gaismai

Augstās koncentrācijās var rasties novirzes no likuma dēļ:

  • Elektrostatiskām mijiedarbībām starp molekulām, kas atrodas tuvu viena otrai
  • Gaismas izkliedēšanai daļiņu dēļ
  • Ķīmisko līdzsvaru maiņām, mainoties koncentrācijai
  • Refraktīvā indeksa izmaiņām augstās koncentrācijās

Kā izmantot šo kalkulatoru

Mūsu Alus-Lamberta likuma kalkulators ir izstrādāts ar vienkāršību un precizitāti prātā. Izpildiet šos soļus, lai aprēķinātu jūsu šķīduma absorbanci:

  1. Ievadiet ceļa garumu (l): Ievadiet attālumu, ko gaisma pārvietojas caur materiālu, parasti cuvettes vai parauga trauka platumu, mērīts centimetros (cm).

  2. Ievadiet molāro absorbciju (ε): Ievadiet vielas molāro iznīcināšanas koeficientu, kas ir mērījums, cik stipri viela absorbē gaismu noteiktā viļņa garumā, mērīts L/(mol·cm).

  3. Ievadiet koncentrāciju (c): Ievadiet absorbējošo sugu koncentrāciju šķīdumā, mērītu molos uz litru (mol/L).

  4. Skatiet rezultātu: Kalkulators automātiski aprēķinās absorbances vērtību, izmantojot Alus-Lamberta vienādojumu (A = ε × c × l).

  5. Vizualizācija: Novērojiet vizuālo attēlojumu, kas parāda gaismas procentuālo daļu, ko absorbē jūsu šķīdums.

Ievades validācija

Kalkulators veic šādas validācijas jūsu ievadēm:

  • Visām vērtībām jābūt pozitīvām skaitļiem
  • Tukšas lauki nav atļauti
  • Ne-numeriskas ievades tiek noraidītas

Ja ievadāt nederīgus datus, parādīsies kļūdas ziņojums, kas norādīs uz nepieciešamību labot ievadi, pirms aprēķins var turpināties.

Rezultātu interpretācija

Absorbances vērtība norāda, cik daudz gaismas absorbē jūsu šķīdums:

  • A = 0: Nav absorbcijas (100% pārvietošanās)
  • A = 1: 90% gaismas absorbēts (10% pārvietošanās)
  • A = 2: 99% gaismas absorbēts (1% pārvietošanās)

Vizualizācija palīdz jums intuitīvi saprast gaismas absorbcijas pakāpi, parādot incidentās gaismas procentuālo daļu, kas tiek absorbēta, kad tā iziet caur jūsu paraugu.

Praktiskās lietojumprogrammas

Alus-Lamberta likums tiek pielietots daudzās zinātnes un rūpniecības jomās:

Analītiskā ķīmija

  • Kvantitatīvā analīze: Nezināmu paraugu koncentrācijas noteikšana, mērot absorbanci
  • Kvalitātes kontrole: Ķīmisko produktu tīrības un koncentrācijas uzraudzība
  • Vides testēšana: Piesārņotāju analīze ūdens un gaisa paraugos

Bioķīmija un molekulārā bioloģija

  • Proteīnu kvantifikācija: Proteīnu koncentrācijas mērīšana, izmantojot krāsu metodes
  • DNS/RNA analīze: Nukleīnskābju kvantifikācija, izmantojot UV absorbciju pie 260 nm
  • Enzīmu kinētika: Reakcijas progresu uzraudzība, sekojot absorbances izmaiņām

Farmācijas nozare

  • Zāļu izstrāde: Farmaceitisko savienojumu koncentrācijas un tīrības analīze
  • Izšķīduma testi: Mērīšana, cik ātri zāles izšķīst kontrolētos apstākļos
  • Stabilitātes pētījumi: Ķīmiskās degradācijas uzraudzība laika gaitā

Klīniskā laboratorijas zinātne

  • Diagnostiskie testi: Biomarkeru mērīšana asinīs un citos bioloģiskajos šķidrumos
  • Terapeitiskā zāļu uzraudzība: Nodrošināt, ka pacienti saņem atbilstošas zāļu devas
  • Toksikoloģijas skrīnings: Toksisko vielu noteikšana un kvantifikācija

Pārtikas un dzērienu nozare

  • Krāsas analīze: Pārtikas krāsvielu un dabisko pigmentu mērīšana
  • Kvalitātes novērtējums: Dažādu sastāvdaļu koncentrācijas noteikšana pārtikas produktos
  • Alus ražošana: Fermentācijas procesa un produkta kvalitātes uzraudzība

Solis pa solim piemēri

Piemērs 1: Proteīnu koncentrācijas mērīšana

Bioķīmiķis vēlas noteikt proteīnu šķīduma koncentrāciju, izmantojot spektrofotometru:

  1. Proteīnam ir zināma molārā absorbcija (ε) 5000 L/(mol·cm) pie 280 nm
  2. Paraugs tiek ievietots standarta 1 cm cuvetē (l = 1 cm)
  3. Mērītā absorbance (A) ir 0.75

Izmantojot Alus-Lamberta likumu: c = A / (ε × l) = 0.75 / (5000 × 1) = 0.00015 mol/L = 0.15 mM

Piemērs 2: Šķīduma koncentrācijas pārbaude

Ķīmiķis sagatavo kālija permanganāta (KMnO₄) šķīdumu un vēlas pārbaudīt tā koncentrāciju:

  1. KMnO₄ molārā absorbcija (ε) pie 525 nm ir 2420 L/(mol·cm)
  2. Šķīdums tiek ievietots 2 cm cuvetē (l = 2 cm)
  3. Mērķa koncentrācija ir 0.002 mol/L

Sagaidāmā absorbance: A = ε × c × l = 2420 × 0.002 × 2 = 9.68

Ja mērītā absorbance būtiski atšķiras no šīs vērtības, šķīduma koncentrācija var būt jākoriģē.

Alternatīvas Alus-Lamberta likumam

Lai gan Alus-Lamberta likums ir plaši izmantots, ir situācijas, kad alternatīvas pieejas var būt piemērotākas:

Kubelka-Munk teorija

  • Labāk piemērota augsti izkliedējošiem vidēm, piemēram, pulveriem, papīram vai tekstilam
  • Ņem vērā gan absorbcijas, gan izkliedēšanas efektus
  • Matemātiski sarežģītāka, bet precīzāka duļķainiem paraugiem

Modificētais Alus-Lamberta likums

  • Iekļauj papildu terminus, lai ņemtu vērā novirzes augstās koncentrācijās
  • Bieži tiek izmantots formā: A = εcl + β(εcl)²
  • Nodrošina labāku precizitāti, strādājot ar koncentrētiem šķīdumiem

Multikomponentu analīze

  • Tiek izmantota, kad ir klātesoši vairāki absorbējoši komponenti
  • Izmanto matricas algebru, lai atrisinātu individuālo komponentu koncentrācijas
  • Prasa mērījumus vairākos viļņu garumos

Derivatu spektroskopija

  • Analizē absorbances izmaiņu ātrumu attiecībā pret viļņu garumu
  • Palīdz atrisināt pārklājošās virsotnes un samazināt fona efektus
  • Noder sarežģītām maisījumiem un paraugiem ar fona traucējumiem

Vēsturiskā fona

Alus-Lamberta likums apvieno principus, ko atklājuši divi zinātnieki, strādājot neatkarīgi:

Pjērs Būgērs (1729)

  • Pirmais aprakstīja gaismas absorbcijas eksponenciālo dabu
  • Atklāja, ka vienādas materiāla biezuma daļas absorbē vienādu gaismas daļu
  • Viņa darbs ielika pamatus pārvietošanās koeficienta koncepcijai

Johann Heinrich Lambert (1760)

  • Paplašināja Būgēra darbu savā grāmatā "Fotometria"
  • Formulēja matemātisko attiecību starp absorbciju un ceļa garumu
  • Izveidoja, ka absorbance ir tieši proporcionāla vidus biezumam

Augusts Beers (1852)

  • Paplašināja likumu, lai iekļautu koncentrācijas ietekmi
  • Parādīja, ka absorbance ir tieši proporcionāla absorbējošo sugu koncentrācijai
  • Apvienoja ar Lamberta darbu, lai izveidotu pilnīgo Alus-Lamberta likumu

Šo principu integrācija revolucionizēja analītisko ķīmiju, nodrošinot kvantitatīvu metodi, lai noteiktu koncentrācijas, izmantojot gaismas absorbciju. Mūsdienās Alus-Lamberta likums joprojām ir pamata princips spektroskopijā un veido pamatu daudziem analītiskiem paņēmieniem, ko izmanto visās zinātnes disciplīnās.

Programmēšanas īstenojumi

Šeit ir daži koda piemēri, kas parāda, kā īstenot Alus-Lamberta likumu dažādās programmēšanas valodās:

1' Excel formula absorbances aprēķināšanai
2=CeļaGarums*MolarāAbsorbcija*Koncentrācija
3
4' Excel VBA funkcija Alus-Lamberta likumam
5Function CalculateAbsorbance(CeļaGarums As Double, MolarāAbsorbcija As Double, Koncentrācija As Double) As Double
6    CalculateAbsorbance = CeļaGarums * MolarāAbsorbcija * Koncentrācija
7End Function
8
9' Aprēķināt pārvietošanās koeficientu no absorbances
10Function CalculateTransmittance(Absorbance As Double) As Double
11    CalculateTransmittance = 10 ^ (-Absorbance)
12End Function
13
14' Aprēķināt absorbēto procentu
15Function CalculatePercentAbsorbed(Transmittance As Double) As Double
16    CalculatePercentAbsorbed = (1 - Transmittance) * 100
17End Function
18

Biežāk uzdotie jautājumi

Kas ir Alus-Lamberta likums?

Alus-Lamberta likums ir attiecība optikā, kas saista gaismas vājināšanos ar materiāla īpašībām, caur kurām gaisma ceļo. Tas nosaka, ka absorbance ir tieši proporcionāla absorbējošo sugu koncentrācijai un parauga ceļa garumam.

Kuras vienības tiek izmantotas katram parametram Alus-Lamberta likumā?

  • Ceļa garums (l) parasti tiek mērīts centimetros (cm)
  • Molārā absorbcija (ε) tiek mērīta litros uz molu-centimetru [L/(mol·cm)]
  • Koncentrācija (c) tiek mērīta molos uz litru (mol/L)
  • Absorbance (A) ir bezdimensiju, lai gan dažreiz to izsaka kā "absorbances vienības" (AU)

Kad Alus-Lamberta likums sabrūk?

Alus-Lamberta likums var nedarboties noteiktos apstākļos:

  • Augstās koncentrācijās (parasti > 0.01M) dēļ molekulārām mijiedarbībām
  • Kad absorbējošais vidē būtiski izkliedē gaismu
  • Kad absorbējošās sugas piedzīvo ķīmiskas izmaiņas gaismas ietekmē
  • Kad tiek izmantota polihromātiska (vairāku viļņu garumu) gaisma, nevis monochromātiska gaisma
  • Kad notiek fluorescences vai fosforescences procesi paraugā

Kā tiek noteikta molārā absorbcija?

Molārā absorbcija tiek noteikta eksperimentāli, mērot absorbanci šķīdumiem ar zināmām koncentrācijām un ceļa garumiem, pēc tam risinot Alus-Lamberta vienādojumu. Tā ir specifiska katrai vielai un mainās atkarībā no viļņa garuma, temperatūras un šķīdinātāja.

Vai Alus-Lamberta likumu var izmantot maisījumiem?

Jā, maisījumiem, kuros komponenti nesadarbojas, kopējā absorbance ir katra komponenta absorbances summa. To izsaka šādi: A = (ε₁c₁ + ε₂c₂ + ... + εₙcₙ) × l kur ε₁, ε₂ utt. ir katra komponenta molārās absorbcijas, un c₁, c₂ utt. ir to attiecīgās koncentrācijas.

Kāda ir atšķirība starp absorbanci un optisko blīvumu?

Absorbance un optiskais blīvums ir būtībā tas pats lielums. Abi attiecas uz incidentās un pārvietotās gaismas intensitātes attiecības logaritmu. Termins "optiskais blīvums" dažreiz tiek izvēlēts bioloģiskajās lietojumprogrammās, savukārt "absorbance" ir biežāk sastopama ķīmijā.

Cik precīzs ir Alus-Lamberta likuma kalkulators?

Kalkulators nodrošina rezultātus ar augstu skaitlisko precizitāti, taču rezultātu precizitāte ir atkarīga no jūsu ievades vērtībām precizitātes. Lai iegūtu visprecīzākos rezultātus, pārliecinieties, ka:

  • Jūsu paraugs atrodas Alus-Lamberta likuma lineārā diapazonā
  • Jūs izmantojat precīzas vērtības molārajai absorbcijai
  • Jūsu koncentrācijas un ceļa garuma mērījumi ir precīzi
  • Jūsu paraugs atbilst Alus-Lamberta likuma pieņēmumiem

Vai es varu izmantot Alus-Lamberta likumu nešķidriem paraugiem?

Lai gan Alus-Lamberta likums sākotnēji tika izstrādāts šķidriem šķīdumiem, to var pielietot gāzēm un, ar modifikācijām, dažiem cietiem paraugiem. Cietiem paraugiem ar nozīmīgu gaismas izkliedēšanu var būt piemērotāki alternatīvi modeļi, piemēram, Kubelka-Munk teorija.

Kā temperatūra ietekmē Alus-Lamberta likuma aprēķinus?

Temperatūra var ietekmēt absorbances mērījumus vairākos veidos:

  • Molārā absorbcija var mainīties ar temperatūru
  • Termiskā izplešanās var mainīt koncentrāciju
  • Ķīmiskie līdzsvari var mainīties temperatūras izmaiņu dēļ Lai iegūtu precīzus rezultātus, ir svarīgi uzturēt konsekventus temperatūras apstākļus un izmantot molārās absorbcijas vērtības, kas noteiktas tajā pašā temperatūrā kā jūsu mērījumi.

Kurš viļņa garums man jāizmanto absorbances mērījumiem?

Jums parasti jāizmanto viļņa garums, kur absorbējošajai sugai ir spēcīga un raksturīga absorbcija. Bieži tas ir pie vai tuvu absorbcijas maksimumam (virsotnei) spektrā. Kvantitatīvai darbībai vislabāk ir izvēlēties viļņa garumu, kurā nelielas viļņa garuma izmaiņas nerada lielas absorbances izmaiņas.

Atsauces

  1. Beer, A. (1852). "Bestimmung der Absorption des rothen Lichts in farbigen Flüssigkeiten" [Sarkanā gaismas absorbcijas noteikšana krāsainos šķidrumos]. 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 (9. izdevums). W. H. Freeman and Company.

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

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

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

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


Mūsu Alus-Lamberta likuma kalkulators nodrošina vienkāršu, taču jaudīgu veidu, kā aprēķināt absorbanci, pamatojoties uz ceļa garumu, molāro absorbciju un koncentrāciju. Neatkarīgi no tā, vai esat students, pētnieks vai nozares profesionālis, šis rīks palīdz jums piemērot spektroskopijas pamatprincipus jūsu konkrētajām vajadzībām. Izmēģiniet to tagad, lai ātri un precīzi noteiktu absorbances vērtības jūsu šķīdumiem!