吸光度

吸光度定义为通过样品的入射辐射功率与透射辐射功率之比的对数（不包括对细胞壁的影响）。或者，对于散射光的样品，吸光度可以定义为 1 减去吸光度的负对数，如在均匀样品上测量的那样。该术语在许多技术领域中用于量化实验测量的结果。虽然该术语起源于量化光的吸收，但它通常与通过其他机制“丢失”到检测器系统的光的量化纠缠在一起。该术语的这些用法往往有一个共同点，即它们指的是入射到样品或材料上的光量与光与样品相互作用后检测到的光量之比的对数。

术语吸收是指吸收光的物理过程，而吸光度并不总是只测量吸收； 它可以测量由吸收、反射、散射和其他物理过程引起的（透射辐射功率的）衰减。

吸光度一词源于比尔-朗伯定律。 当光穿过介质时，它会随着熄灭而变暗。 布格认识到这种消光（现在通常称为衰减）与通过介质的距离不是线性关系，而是与我们现在称为指数函数的关系相关。 如果 I 0 {\displaystyle I_{0}} 是光在行进开始时的强度，而 I s {\displaystyle I_{s}} 是行进距离 d { \displaystyle d} ，传输的分数 T {\displaystyle T} ，由下式给出： T = I s I 0 = exp ⁡ ( − μ d ) {\displaystyle T={\frac {I_{s }}{I_{0}}}=\exp(-\mu d)} ，其中 μ {\displaystyle \mu } 被称为衰减常数（一个用于信号传输的各个领域的术语 介质）或系数。 传输的光量随距离呈指数下降。 对上述方程取自然对数，我们得到： − ln ⁡ ( T ) = ln ⁡ I 0 I s = μ d {\displaystyle -\ln(T)=\ln {\frac {I_{ 0}}{I_{s}}}=\mu d} 。 对于散射介质，常数通常分为两部分，μ = μ s + μ a {\displaystyle \mu =\mu _{s}+\mu _{a}} ，将其分成散射 系数 μ s {\displaystyle \mu _{s}} 和吸收系数 μ a {\displaystyle \mu _{a}} ，得到： − ln ⁡ ( T ) = ln ⁡ I 0 I s = ( μ s + μ a ) d {\displaystyle -\ln(T)=\ln {\frac {I_{0}}{I_{s}}}=(\mu _{ s}+\mu _{a})d} 。

如果探测器的尺寸与光传播的距离相比非常小，则任何被粒子散射的光，无论是向前还是向后，都不会撞击探测器。 在这种情况下，绘制 − ln ⁡ ( T ) {\displaystyle -\ln(T)} 作为波长的函数将产生吸收和散射效应的叠加。 因为吸收部分更加明显并且倾向于依赖散射部分的背景，所以它通常用于识别和量化吸收物质。 因此，这通常被称为吸收光谱，绘制的量称为吸光度，符号为 A {\displaystyle \mathrm {A} } 。 有些学科按照惯例使用十进制吸光度而不是纳皮尔吸光度，结果是：A 10 = μ 10 d {\displaystyle \mathrm {A} _{10}=\mu _{10}d}（下标为 10 通常不显示）。

在溶液等均匀介质中，不存在散射。 对于这种情况，August Beer 进行了广泛研究，吸收物质的浓度遵循与路径长度相同的线性响应。 此外，单个吸收物质的贡献是相加的。 这是一个非常有利的情况，并使吸光度成为比吸收分数（吸光度）更可取的吸收指标。 这是首次使用术语吸光度的情况。

比尔定律的一个常见表达式将光在材料中的衰减关联为：A = ε ℓ c {\displaystyle \mathrm {A} =\varepsilon \ell c} ，其中 A {\ displaystyle \mathrm {A} } 是吸光度；

ε {\displaystyle \varepsilon } 是衰减物质的摩尔衰减系数或吸收率； ℓ {\displaystyle \ell } 是光程长度； c {\displaystyle c} 是衰减物质的浓度。

对于散射光的样品，吸光度定义为在均匀样品上测量的 1 减去吸收率（吸收分数： α {\displaystyle \alpha } ）的负对数。 对于十进制吸光度，这可以表示为：A 10 = − log 10 ⁡ ( 1 − α ) {\displaystyle \mathrm {A} _{10}=-\log _{10}(1-\ α ）} 。