ランベルト・ベールの法則

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ランベルト・ベールの法則の例。Rhodamine 6Bの溶液中の緑色レーザー光。光線は溶液中を進むにつれて弱くなる。

ランベルト・ベールの法則(ランベルト・ベールのほうそく、テンプレート:Lang-en-short英語ではBeer–Lambert law、Beer–Lambert–Bouguer law、または単にBeer's lawと呼ばれるものも同じ意味)は物質による吸収を定式化した法則である[1]。法則名はヨハン・ハインリヒ・ランベルトアウグスト・ベーアピエール・ブーゲに由来する。

公式

媒質に入射する前の光の強度(放射照度)をI0、長さ l の媒質を透過した後の光の強度をI1としたとき、吸光度Aは以下のようになる[2]

A=log10(I1I0)=ECl=ϵcl

ここでE比吸光度Cは媒質の質量対容量パーセント濃度ϵモル吸光係数c は媒質のモル濃度

物理的な意味

光の吸収とは、量子論的に考えれば、分子原子イオンが光(電磁波)のエネルギーを用いてエネルギーの低い固有状態からエネルギーの高い固有状態に遷移することにより起こる現象である。

今、二つの固有状態(a、b;エネルギーはそれぞれEa,EbでありEa<Ebとする)のみをもつ分子を考える、それぞれの状態に単位体積あたりNa,Nb個の分子が存在すると考えると、このに光が入射したとき、Nbの時間変化は媒質中の分光放射照度ρ=I/c(ここで、c光速)を用いて テンプレート:Indent と表される。ここで、Bab,Bbaの単位は(光エネルギー/体積 時間)であり、それぞれアインシュタイン係数を示す。これらは遷移ごとに決まる定数でありBab=Bba=Babと仮定すれば、 テンプレート:Indent となる。またρ放射束フラックスFを用いればρ=hνF/c(ここで、hプランク定数νは光の振動数)と書けるので、 テンプレート:Indent ここでσの単位は面積であり、吸収断面積と呼ばれ、物理的にはあるフラックスの光が分子に吸収される有効的な面積をしめす。つまり、微小距離dx仮定したときに、dxを移動した後のフラックスの変化(単位面積あたりに吸収される光子の数)は、 テンプレート:Indent と表せる。上の式を光が媒質をとおる長さL定積分すれば、 テンプレート:Indent フラックスFは放射照度Iを用いてF=cρ/hν=I/hνより、 テンプレート:Indent と書ける。これは定義の式と等価である。

脚注

関連