Абсорбция - Absorbance

Эта статья о количественном выражении. Для самого процесса см. Поглощение (электромагнитное излучение).

«Оптическая плотность» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Показатель преломления, Количественный анализ нуклеиновых кислот, и Фильтр нейтральной плотности.

В оптика, поглощение или же декадная абсорбция это десятичный логарифм отношения инцидента к переданный лучистая сила через материал, и спектральное поглощение или же спектральная декадная абсорбция - десятичный логарифм отношения инцидентов к переданный спектральная мощность излучения через материал.^[1] Поглощение безразмерный, и, в частности, не является длиной, хотя это монотонно возрастающая функция длины пути и приближается к нулю, когда длина пути приближается к нулю. Не рекомендуется использовать термин «оптическая плотность» для определения оптической плотности.^[1]В физика, тесно связанная величина, называемая "оптическая глубина "используется вместо абсорбции: натуральный логарифм отношения инцидента к переданный лучистая сила через материал. Оптическая толщина равна времени поглощения ln (10).

Период, термин поглощение относится к физическому процессу поглощения света, в то время как поглощение не всегда измеряет поглощение: оно измеряет затухание (передаваемой мощности излучения). Затухание может быть вызвано поглощением, а также отражением, рассеянием и другими физическими процессами.

Математические определения

Абсорбция

Абсорбция материала, обозначенного А, дан кем-то^[1]

${\displaystyle A=\log _{10}{\frac {\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}}{\Phi _{\text{e}}^{\text{t}}}}=-\log _{10}T,}$

куда

${\displaystyle \Phi _{\text{e}}^{\text{t}}}$ это лучистый поток переданный этим материалом,

${\displaystyle \Phi _{\text{e}}^{\text{i}}}$ это лучистый поток получила этим материалом,

${\displaystyle T=\Phi _{\text{e}}^{\text{t}}/\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}}$ это коэффициент пропускания из этого материала.

Поглощение - это безразмерный количество. Тем не менее единица абсорбции или же AU обычно используется в ультрафиолетовая видимая спектроскопия и это высокоэффективная жидкостная хроматография приложения, часто в производных единицах, таких как миллиабсорбционная единица (мАЕ) или миллиабсорбционная единица-минуты (мАЕ × мин), единица абсорбции, интегрированная во времени.^[2]

Абсорбция связана с оптическая глубина к

${\displaystyle A={\frac {\tau }{\ln 10}}=\tau \log _{10}e\,,}$

куда τ - оптическая толщина.

Спектральное поглощение

Спектральное поглощение по частоте и спектральное поглощение на длине волны материала, обозначенного А_ν и А_λ соответственно, даются^[1]

${\displaystyle A_{\nu }=\log _{10}{\frac {\Phi _{{\text{e}},\nu }^{\text{i}}}{\Phi _{{\text{e}},\nu }^{\text{t}}}}=-\log _{10}T_{\nu },}$

${\displaystyle A_{\lambda }=\log _{10}{\frac {\Phi _{{\text{e}},\lambda }^{\text{i}}}{\Phi _{{\text{e}},\lambda }^{\text{t}}}}=-\log _{10}T_{\lambda },}$

куда

Φ_{е, ν}^т это спектральный поток излучения по частоте переданный этим материалом,

Φ_{е, ν}^я спектральный поток излучения на частоте, принимаемый этим материалом,

Т_ν это спектральное пропускание по частоте из этого материала,

Φ_{е, λ}^т это спектральный поток излучения в длине волны переданный этим материалом,

Φ_{е, λ}^я - спектральный поток излучения на длине волны, принимаемый этим материалом,

Т_λ это спектральный коэффициент пропускания в длине волны из этого материала.

Спектральное поглощение связано со спектральной оптической глубиной соотношением

${\displaystyle A_{\nu }={\frac {\tau _{\nu }}{\ln 10}}=\tau _{\nu }\log _{10}e\,,}$

${\displaystyle A_{\lambda }={\frac {\tau _{\lambda }}{\ln 10}}=\tau _{\lambda }\log _{10}e\,,}$

куда

τ_ν - спектральная оптическая толщина по частоте,

τ_λ - спектральная оптическая толщина в длине волны.

Хотя абсорбция в действительности является безразмерной, она иногда указывается в «условных единицах» или AU. Многие люди, в том числе научные исследователи, ошибочно формулируют результаты экспериментов по измерению оптической плотности в терминах этих составных единиц.^[3]

Связь с затуханием

Аттенюанс

Абсорбция - это число, которое измеряет затухание передаваемой мощности излучения в материале. Затухание может быть вызвано физическим процессом «поглощения», а также отражением, рассеянием и другими физическими процессами. Впитывающая способность материала примерно равна его затухание^{[требуется разъяснение ]} когда и абсорбция намного меньше 1, и эмиттанс этого материала (не путать с сияющий выход или же излучательная способность ) намного меньше оптической плотности. В самом деле,

${\displaystyle \Phi _{\text{e}}^{\text{t}}+\Phi _{\text{e}}^{\text{att}}=\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}+\Phi _{\text{e}}^{\text{e}},}$

куда

Φ_е^т это лучистая энергия, передаваемая этим материалом,

Φ_е^att это сила излучения, ослабленная этим материалом,

Φ_е^я это лучистая энергия, получаемая этим материалом,

Φ_е^е это лучистая энергия, излучаемая этим материалом,

что эквивалентно

${\displaystyle T+{\text{ATT}}=1+E,}$

куда

Т = Φ_е^т/ Φ_е^я коэффициент пропускания этого материала,

ATT = Φ_е^att/ Φ_е^я это затухание из этого материала,

E = Φ_е^е/ Φ_е^я эмиттанс этого материала,

и согласно Закон Бера – Ламберта, Т = 10^−A, так

${\displaystyle {\text{ATT}}=1-10^{-A}+E\approx A\ln 10+E,\quad {\text{if}}\ A\ll 1,}$

и наконец

${\displaystyle {\text{ATT}}\approx A\ln 10,\quad {\text{if}}\ E\ll A.}$

Коэффициент затухания

Впитывающая способность материала также связана с его декадный коэффициент затухания к

${\displaystyle A=\int _{0}^{l}a(z)\,\mathrm {d} z,}$

куда

л толщина материала, через который проходит свет,

а(z) это декадный коэффициент затухания этого материала на z.

Если а(z) равномерно по трассе, затухание называется линейное затухание, и отношение становится

${\displaystyle A=al.}$

Иногда отношение задается с помощью молярный коэффициент затухания материала, то есть его коэффициент затухания, деленный на его молярная концентрация:

${\displaystyle A=\int _{0}^{l}\varepsilon c(z)\,\mathrm {d} z,}$

куда

ε это молярный коэффициент затухания из этого материала,

c(z) - молярная концентрация этого материала при z.

Если c(z) равномерно по пути, соотношение принимает вид

${\displaystyle A=\varepsilon cl.}$

Не рекомендуется использовать термин «молярная поглощающая способность» для определения молярного коэффициента затухания.^[1]

Измерения

Логарифмические и прямо пропорциональные измерения

Количество света, проходящего через материал, уменьшается. экспоненциально по мере прохождения через материал согласно закону Бера – Ламберта (A = (ε) (l)). Поскольку поглощение образца измеряется как логарифм, оно прямо пропорционально толщине образца и концентрации поглощающего материала в образце. Некоторые другие показатели, связанные с поглощением, такие как коэффициент пропускания, измеряются как простое соотношение, поэтому они экспоненциально изменяются в зависимости от толщины и концентрации материала.

Поглощение: −log10(Φе^т/ Φе^я)	Коэффициент пропускания: Φе^т/ Φе^я
0	1
0.1	0.79
0.25	0.56
0.5	0.32
0.75	0.18
0.9	0.13
1	0.1
2	0.01
3	0.001

Диапазон измерения прибора

Любой настоящий измерительный прибор имеет ограниченный диапазон, в котором он может точно измерить оптическую плотность. Если показаниям можно доверять, прибор необходимо откалибровать и проверить по известным стандартам. Многие инструменты станут нелинейными (не соблюдают закон Бера – Ламберта), начиная примерно с 2 AU (~ 1% пропускания). Также трудно точно измерить очень маленькие значения абсорбции (ниже 10⁻⁴) с помощью имеющихся в продаже приборов для химического анализа. В таких случаях, методы лазерного поглощения могут быть использованы, поскольку они продемонстрировали пределы обнаружения, которые на много порядков превосходят пределы обнаружения, полученные с помощью обычных нелазерных приборов (обнаружение было продемонстрировано вплоть до 5 × 10⁻¹³). Наилучшая теоретическая точность для большинства имеющихся в продаже приборов без лазера достигается в диапазоне около 1 а.е. Затем, по возможности, следует отрегулировать длину пути или концентрацию для получения показаний, близких к этому диапазону.

Метод измерения

Обычно поглощение растворенного вещества измеряют с помощью абсорбционная спектроскопия. Это включает в себя пропускание света через раствор и запись того, сколько света и какие длины волн были переданы на детектор. Используя эту информацию, можно определить длины волн, которые были поглощены.^[4] Во-первых, измерения на «бланке» проводятся с использованием только растворителя для справочных целей. Это сделано для того, чтобы известна абсорбция растворителя, а затем любое изменение абсорбции при измерении всего раствора происходит только за счет интересующего растворенного вещества. Затем производятся замеры раствора. Переданный спектральный поток излучения, который проходит через образец раствора, измеряется и сравнивается с падающим спектральным потоком излучения. Как указано выше, спектральное поглощение на данной длине волны равно

${\displaystyle A_{\lambda }=\log _{10}\!\left({\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {i} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {t} }}}\right)\!.}$

Спектр поглощения нанесен на график зависимости поглощения от длины волны.^[5]

А УФ-видимый спектрофотометр сделает все это автоматически. Для использования этой машины решения помещаются в небольшой кювета и вставил в держатель. Аппарат управляется с помощью компьютера, и после его «гашения» автоматически отображает абсорбцию в зависимости от длины волны. Получение спектра поглощения раствора полезно для определения концентрации этого раствора с использованием закона Бера-Ламберта и используется в ВЭЖХ.

Номер оттенка

Некоторые фильтры, в частности сварка стекла, оцениваются по номеру оттенка (SN), который в 7/3 раза превышает оптическую плотность плюс один:^[6]

${\displaystyle {\text{SN}}={\frac {7}{3}}A+1,}$

или же

${\displaystyle {\text{SN}}={\frac {7}{3}}(-\log _{10}T)+1.}$

Например, если фильтр имеет коэффициент пропускания 0,1% (коэффициент пропускания 0,001, что составляет 3 единицы поглощения), его номер оттенка будет 8.

Смотрите также

• Абсорбция
• Перестраиваемая диодная лазерная абсорбционная спектроскопия (TDLAS)
• Денситометрия
• Фильтр нейтральной плотности
• Математические описания непрозрачности

Рекомендации

1. ИЮПАК, Сборник химической терминологии 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "Абсорбция ". Дои:10.1351 / goldbook.A00028
2. GE Health Care. Лабораторные хроматографические системы ÄKTA - Справочник по управлению прибором. GE Healthcare Bio-Sciences AB, Упсала, 2015 г. https://cdn.gelifesciences.com/dmm3bwsv3/AssetStream.aspx?mediaformatid=10061&destinationid=10016&assetid=16189
3. Камат, Прашант; Шац, Джордж К. (2013). «Как сделать вашу следующую статью научно эффективной». J. Phys. Chem. Латыш. 4 (9): 1578–1581. Дои:10.1021 / jz4006916. PMID  26282316.
4. Reusch, Уильям. «Видимая и ультрафиолетовая спектроскопия». Получено 2014-10-29.
5. Reusch, Уильям. «Эмпирические правила для длин волн поглощения сопряженных систем». Получено 2014-10-29.
6. Расс Роулетт (2004-09-01). «Сколько? Словарь единиц измерения». Unc.edu. Получено 2010-09-20.