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ビア・ランバート法則

1852

Pierre Bouguer
Johann Heinrich Lambert
August Beer

（画像はイメージです）

ベール・ランバートの法則は、光の減衰と、光が通過する物質の特性との関係を示しています。この法則によれば、溶液の吸光度（[latex]A[/latex]）は、吸収物質の濃度（[latex]c[/latex]）と、溶液中を光が通過する経路長（[latex]l[/latex]）に正比例します。この関係は、[latex]A = epsilon cl[/latex]と表され、[latex]epsilon[/latex]はモル吸光係数です。

ビール・ランバートの法則（ビール・ランバート・ブーゲの法則とも呼ばれる）は、定量吸収の基礎となる法則である。分光法. It combines the findings of several scientists over more than a century. Pierre Bouguer (1729) and Johann Lambert (1760) established that the fraction of light absorbed is proportional to the thickness of the absorbing medium. August Beer (1852) then discovered that the absorbance is also proportional to the concentration of the absorbing substance in a solution. The law is typically written as [latex]A = \log_{10}(I_0/I) = \epsilon c l[/latex], where [latex]I_0[/latex] is the intensity of the incident light and [latex]I[/latex] is the intensity of the transmitted light. The molar absorptivity, [latex]\epsilon[/latex], is a constant that is characteristic of the absorbing substance at a specific wavelength. This means that for a given substance and path length, a plot of absorbance versus concentration will be a straight line, allowing for the creation of a calibration curve. By measuring the absorbance of an unknown sample, its concentration can be determined from this curve. The law holds true for monochromatic light and for dilute solutions where interactions between solute molecules are negligible. Deviations can occur at high concentrations due to chemical and instrumental effects.

較正, 化学, 環境への影響, プロセス最適化, 品質管理, 分光法

UNESCO Nomenclature: 2501

分析化学

タイプ

物理法則

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

ピエール・ブーゲによる大気中の光減衰に関する研究（1729年）
Johann Heinrich Lambert’s publication “Photometria” formalizing the relationship between absorption and path length (1760)
初期の光度計および測色計の開発

アプリケーション

UV-Vis分光法を用いた定量化学分析
溶液中の溶質の濃度を測定する
大気科学における太陽放射吸収の説明
飲料および医薬品業界における品質管理
血液サンプル中の成分を測定するための臨床化学

特許:

潜在的なイノベーションのアイデア

on-line process monitoring in chemical reactors using fiber-optic probes
pulse oximeters that measure blood oxygen saturation by applying the law to hemoglobin at two wavelengths
portable water quality testing kits for field use
high-throughput screening in drug discovery to measure compound concentrations in microplates
automated clinical analyzers for blood and urine tests
remote sensing of atmospheric gases like ozone by measuring solar absorption
thin-film thickness measurement in semiconductor manufacturing
food safety sensors for detecting contaminants or adulterants
dna and rna quantification in 分子生物学 labs (e.g., nanodrop)
fermentation monitoring in breweries and wineries by measuring changes in solution color and turbidity

関連キーワード：ベール・ランバートの法則、吸光度、濃度、定量分析、分光光度法、モル吸光係数、光路長、透過率、分析化学、UV-vis。

歴史的背景

17th century geophysicist studying geomagnetic secular variation data.

地磁気永年変化

地磁気永年変化とは、地球の磁場が数年から数千年という時間スケールでゆっくりと変化する現象を指します。これらの変化には、磁場強度や双極子軸の方向の変化、非双極子構造の西向きへの移動などが含まれます。この変化は、地球ダイナモの源である外核における溶融鉄の流れの変化によって引き起こされます。

Meteorological station measuring relative humidity in agriculture.

相対湿度（RH）

相対湿度（[latex]phi[/latex]）は、ある温度における水蒸気分圧（[latex]p_{H_2O}[/latex]）と水の平衡蒸気圧（[latex]p^*_{H_2O}[/latex]）の比です。パーセントで表すと、[latex]phi = frac{p_{H_2O}}{p^*_{H_2O}} times 100%[/latex]となります。これは空気が飽和状態にどれだけ近いかを示し、100%RHは空気が飽和状態であることを意味します。

ビア・ランバート法則

Scientist measuring solar panel performance related to Air Mass Coefficient in a laboratory.

気塊係数（AM）

大気質量係数 (AM) は、太陽光が地球の大気を通過する際の直接的な光路長を定量化したものです。これは、特定の天頂角 [latex]theta[/latex] における光路長と、太陽が真上にあるとき (天頂) の光路長の比です。約 60° までの角度では、[latex]AM approx sec(theta)[/latex] で近似できます。AM0 は、大気圏外のスペクトルを指します。

BOD5 test setup in a laboratory for water quality assessment.

BOD5テスト

生化学的酸素要求量（BOD）は、水中の有機物を分解する際に好気性微生物が消費する溶存酸素量を測定する指標です。標準試験であるBOD5は、20℃の暗所で5日間培養した密閉試料中の酸素消費量を測定します。この標準期間は、規制上の実用的な妥協点として、また一般的な河川の航行時間を表すものとして選択されました。

Geophysicist studying Earth's geodynamo mechanism and magnetic field generation.

地球のジオダイナモ理論

地球の磁場は、地磁気ダイナモ機構によって生成されます。地球の自転によるコリオリ効果の影響を受けた、外核内の電気伝導性溶融鉄の対流電流が、自己維持型の電流系を形成します。これらの電流は、巨大な電磁石のように振る舞い、地球の大規模な磁場を生み出します。この過程は、磁気流体力学（MHD）によって説明されます。

Laboratory analysis of carbonaceous and nitrogenous biochemical oxygen demand in wastewater treatment.

炭素系および窒素系生物化学的酸素要求量（cBODおよびnBOD）

総生化学的酸素要求量（BOD）は、炭素系BOD（cBOD）と窒素系BOD（nBOD）という2つの主要なプロセスの合計です。cBODは、微生物が有機炭素化合物を酸化するために消費する酸素です。nBODは、特定の独立栄養細菌による窒素化合物（主にアンモニア）の後期酸化（硝化）に使用される酸素です。これらを区別することは、高度な廃水処理において重要です。

Urban street scene depicting photochemical smog effects in 1950, highlighting atmospheric chemistry.

光化学スモッグ

光化学スモッグは、太陽光、窒素酸化物（NOx）、揮発性有機化合物（VOC）が関与する複雑な一連の反応によって形成されます。このプロセスは、太陽光が二酸化窒素（[latex]NO_2[/latex]）を一酸化窒素（NO）と酸素原子（O）に分解することから始まります。この遊離酸素原子は、分子状酸素（[latex]O_2[/latex]）と結合して、スモッグの主要成分である地上オゾン（[latex]O_3[/latex]）を形成します。

1650

1800

1852

1900

1912

1940

1950

1800

1838

1872

1910

1940

1946

Meteorological laboratory measuring dew point with hygrometer and digital display.

露点

露点とは、一定の気圧と水分含有量において、空気が水蒸気で飽和状態になるために冷却される温度のことです。この温度では、相対湿度は100%になります。空気がさらに冷えると、水蒸気は凝結して液体の水（露）となり、氷点下であれば霜として付着します。

19th-century laboratory with scientists studying solar radiation measurements.

太陽定数

太陽定数とは、地球大気圏の最上部で、太陽電磁波に垂直な方向に測定された、単位面積あたりの平均太陽電磁放射量のことです。その値はおよそ1361ワット/平方メートル（[latex]W/m^2[/latex]）です。この値は太陽活動や地球の軌道距離によってわずかに変動しますが、気候科学、衛星設計、再生可能エネルギー計算における基本的な基準値として用いられます。

Flue-gas desulfurization system in atmospheric chemistry applications.

酸性雨生成の化学

酸性雨は、大気中の二酸化硫黄（SO2）と窒素酸化物（NOx）が水、酸素、その他の化学物質と反応することによって発生します。SO2は硫酸（[latex]H_2SO_4[/latex]）に酸化され、NOxは硝酸（[latex]HNO_3[/latex]）を生成します。これらの反応は、多くの場合太陽光によって触媒され、非常に酸性の強い化合物が生成され、湿性沈着または乾性沈着として地上に降り注ぎ、生態系に害を及ぼします。

Laboratory scene with Charles Fabry and Henri Buisson studying ozone absorption in 1910.

オゾン層の紫外線吸収における役割

地球の成層圏オゾン層は、太陽からの有害な紫外線放射の大部分を吸収するため、生命にとって極めて重要です。オゾン層は最もエネルギーの高いUVC線を完全に遮断し、UVB線の約95%を吸収し、比較的害の少ないUVA線のほとんどを透過させます。このろ過効果により、地上の生命は深刻なDNA損傷から守られています。