由吸光度求光程長度計算器的用途
本計算器將比爾-朗伯定律加以變形,求解光線穿過樣品的光學光程長度(l)。給定測得的吸光度、吸光物種的莫耳吸光係數以及溶液的濃度,即可回傳以公分為單位的比色皿或樣品槽光程長度。它是常見的「求濃度」問題的逆運算,適用於核對比色皿的幾何尺寸、驗證自製流通槽,或反推以光程長度為未知量的實驗。
使用方法
輸入三個數值:吸光度(A,來自分光光度計的無因次讀數)、莫耳吸光係數(ε,在你所測波長下,單位為 L·mol⁻¹·cm⁻¹)以及濃度(c,單位為 mol/L)。計算器會將吸光度除以 ε 與 c 的乘積,並以公分為單位回報光程長度,同時提供公釐換算以便使用。請確保 ε 與 c 所對應的波長與單位,和取得 A 時所用者一致。
公式解析
比爾-朗伯定律指出,吸光度等於莫耳吸光係數、濃度與光程長度三者的乘積:
$$A = \varepsilon \, c \, l$$
求解光程長度可得:
$$l = \frac{A}{\varepsilon \, c}$$
此處 A 為無因次量,ε 的單位為 L·mol⁻¹·cm⁻¹,c 的單位為 mol/L,因此乘積 ε·c 的單位為 cm⁻¹,從而 l 以公分為單位。該定律假設光為單色光,且溶液稀薄、不發生散射,使吸光度大致保持線性,通常在 A 低於約 1 時成立。
範例計算
假設某溶液在某波長下測得吸光度 A = 0.63,該波長處的莫耳吸光係數為 ε = 6300 L·mol⁻¹·cm⁻¹,濃度為 c = 0.0001 mol/L(1 × 10⁻⁴ M)。則光程長度為:
$$l = \frac{0.63}{6300 \times 0.0001} = \frac{0.63}{0.63} = 1\ \text{cm}$$
結果確認這是標準的 1 cm 比色皿。若同樣的讀數改為 A = 2.0,且 ε = 20000、c = 5 × 10⁻⁵ M,則光程長度為 l = 2.0 / (20000 × 0.00005) = 2.0 / 1.0 = 2 cm。
常見問題
光程長度的單位是什麼? 當吸光度為無因次、莫耳吸光係數單位為 L·mol⁻¹·cm⁻¹、濃度單位為 mol/L 時,光程長度以公分為單位。計算器同時以公釐顯示等效數值。
為什麼莫耳吸光係數與濃度必須大於零? 光程長度是以吸光度除以乘積 ε·c 求得。若 ε 或 c 為零,則該乘積為零,除法無定義,因此兩者都必須為正實數。
它在吸光度線性範圍之外也適用嗎? 比爾-朗伯定律僅在稀薄、不散射的樣品中可靠,通常要求吸光度低於約 1。在高吸光度時,雜散光與化學效應會造成偏差,因此由過高的 A 求得的光程長度可能不準確。