Законы поглощения и рассеяния света. Основы фотоколориметрии и спектрофотометрии

1. Концентрационная колориметрия – это метод определения:

a) показателя преломления окрашенных веществ;

b) длины волны света;

c) концентрации веществ в окрашенных растворах;

d) только концентрации оптически активных веществ в растворах.

Метод основан на зависимости оптической плотности D раствора от концентрации растворенного вещества C: , где х – толщина поглощающего слоя; – удельный показатель поглощения, не зависящий от концентрации и характерный для молекул поглощающего вещества.

2. Приборы для определения концентрации веществ в окрашенных растворах фотометрическим методом называются:

a) фотоэлектроколориметрами;

b) люксметрами;

c) нефелометрами;

d) спектрографами;

e) спектрометрами.

Название прибора – фотоэлектроколориметр – говорит о том, что при регистрации интенсивности света, прошедшего через окрашенный раствор (колор – от лат. color – цвет) используется фотоэлемент.

3. Оптическая плотность раствора:

a) уменьшается с увеличением концентрации раствора;

b) увеличивается с увеличением концентрации раствора;

c) увеличивается с увеличением толщины раствора;

d) не зависит от концентрации раствора;

e) уменьшается с увеличением толщины раствора.

В соответствие с законом Бугера – Ламберта – Бера оптическая плотность (D) раствора равна: D= .

Из формулы видно, что D увеличивается с увеличением концентрации С и толщины слоя раствора х.

4. Коэффициент пропускания раствора:

a) увеличивается с увеличением концентрации раствора;

b) увеличивается при уменьшении концентрации раствора;

c) не зависит от концентрации раствора;

d) уменьшается с увеличением толщины раствора;

e) уменьшается с уменьшением толщины раствора.

В соответствие с законом Бугера – Ламберта – Бера коэффициент пропускания T:

Так как стоит в знаменателе, то при с уменьшением концентрации С раствора коэффициент пропускания Т увеличивается, а при коэффициент пропускания Т уменьшается с увеличением толщины слоя раствора x.

5. Укажите соответствие между законами и соответствующими им формулами (здесь I₀ – интенсивность падающего света; I – интенсивность прошедшего светового потока через слой вещества толщиной х;  – длина световой волны; С – концентрация вещества; k_ – показатель поглощения света):

Закон Бугера
Закон Бугера – Ламберта – Бера
Закон Бера		c) I ~
Закон Рэлея

Закон поглощения света веществом – закон Бугера: .

Закон Бугера-Ламберта-Бера: – используется для фотометрического определения концентрации окрашенных растворов.

Зависимость показателя поглощения k_ от концентрации С описывается законом Бера: , где  – удельный показатель поглощения, не зависящий от концентрации и характерный для молекул поглощающего вещества.

Зависимость интенсивности рассеянного света I от его длины волны λ описывается законом Рэлея: I ~ .

6. Укажите соответствие между характеристиками поглощения и соответствующими им формулами (здесь I₀ – интенсивность падающего света; I – интенсивность прошедшего светового потока через слой вещества толщиной х;  – длина световой волны; С – концентрация вещества; _а – коэффициент поглощения света; _s –коэффициент рассеяния;  - удельный показатель поглощения):

Оптическая плотность
Коэффициент пропускания
Коэффициент поглощения		а+s
Коэффициент ослабления

Поглощением света называют ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

Таким образом, если на входе в слой вещества интенсивность равна I₀, то на выходе – I, причем I меньше I_0. Отношение – коэффициент пропускания, а – оптическая плотность.

Показатель поглощения , где  – удельный показатель поглощения, не зависящий от концентрации и характерный для молекул поглощающего вещества. Свет не только поглощается, но и рассеивается. В этом случае изменение интенсивности характеризуется показателем ослабления (_t) который равен сумме коэффициентов поглощения _а и рассеяния _s : _а+_s.

7. Укажите соответствие между названием метода и его назначением:

Колориметрия		измерение интенсивности и направления рассеянного света
Нефелометрия		определение концентрации оптически активных веществ в растворах
Поляриметрия		измерение концентрации вещества в окрашенных растворах

Концентрационная колориметрия – фотометрический метод определения концентрации вещества в окрашенных растворах.

Нефелометрия – совокупность методов измерения характеристик рассеянного света (степень его поляризации, спектрального состава, направления рассеяния и т.д.). По этим данным судят о структуре рассеивающей среды.

Поляриметрия – методы физических исследований, основанных на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации при прохождении его через оптически активные вещества.

8. Если коэффициент пропускания раствора 0,1, то оптическая плотность раствора равна … .

Оптическая плотность раствора связана с коэффициентом пропускания следующей зависимостью: . По условию задачи Т = 0,1. Подставив это значение в уравнение, получим ответ.

9. Если оптические плотности одного и того же раствора, измеренные в одной кювете, на разных длинах волн, отличаются на 1 (D₁-D₂=1), то коэффициенты пропускания раствора отличаются в ( ) … раз.

Оптическая плотность раствора связана с коэффициентом пропускания зависимостью: . (1)

Однако оптическая плотность раствора зависит от длины волны . Запишем уравнение (1) для разных длин волн: (2) и (3).

Из уравнения (2) вычтем уравнение (3), получим: (4).

По условию задачи . Подставив это в уравнение (4), получим: . Из последнего уравнения выражаем и получаем ответ.