Поглинання світла

Н ехай на вході в поглинаючий шар товщиною L інтенсивність світлової хвилі дорівнює I₀. Знайдемо інтенсивність світла І, що вийшло з цього шару речовини (рис. 7.30, а). Для нескінченно тонкого шару dx можна покласти, що відносне зменшення інтенсивності світла пропорційне до товщини dх цього шару,

де æ - коефіцієнт пропорційності, що називається коефіцієнтом поглинання.

Проінтегруємо одержану рівність, що дає

В результаті інтегрування маємо

або

О держана рівність називається законом Бугера. Вона описує експоненціальне зменшення інтенсивності світла при проходженні шару речовини товщиною L (рис. 7.30, б). Закон був встановлений французьким фізиком П. Бугером у 1729 р.

К оефіцієнт поглинання ае залежить від довжини хвилі випромінювання та природи поглинаючої речовини. Виміри показали, що в області аномальної дисперсії залежність æ = f(λ) має різкий максимум (рис. 7.29). Якщо атоми та молекули практично не взаємодіють між собою (наприклад, в газах чи парах при невеликих тисках), то коефіцієнт поглинання відмінний від нуля лише на дуже вузьких спектральних дільницях. Ці максимуми відповідають резонансним частотам коливань електронів всередині атомів (рис. 7.31).

Р озширення смуг поглинання є наслідком взаємодії атомів між собою. Так, наприклад, спектри поглинання твердих тіл, рідин та газів при високих тисках становлять досить широкі смуги (рис. 7.32).

Якщо поглинаючою речовиною виступає розчин, то коефіцієнт поглинання, як це було встановлено Бером, пропорційний до концентрації розчиненої речовини: æ = æ₁С, де æ₁ - коефіцієнт поглинання в розчині одиничної концентрації. В цьому випадку закон поглинання світла набуває вигляду

Формула називається законом Бугера-Ламберта-Бера. Іноді в цьому законі переходять від основи e ≈ 2,718 до основи 10.

Тоді, оскільки e = 10^0,43, маємо

Величину τ= I/I₀ називають коефіцієнтом пропускання, а величину D = - 1§τ = 1§ I₀/I - оптичною густиною розчину. Таким чином,

С пектри поглинання розчинів реєструються в координатах В = / (4) (Рис- 7.33). Пристрій, що призначений для реєстрації спектрів поглинання, називається спектрофотометром. За допомогою спектрофотометра можна здійснювати якісний та кількісний аналіз суміші за її спектром поглинання, вивчати структуру та склад біологічних об'єктів, не порушуючи цілісності тканини.

Закон Бугера-Ламберта-Бера лежить в основі методу концентраційної колориметрії - фотометричного методу визначення концентрації речовини в забарвленому розчині.

Якщо два розчини певної речовини поглинають світло однаково, то відношення їх концентрацій обернено пропорційне відношенню довжин оптичних кювет. Дійсно, якщо D₁ = D₂, то

Н а рис. 7.34 подано схему візуального плунжерного колориметра. Світло від джерела S, проходячи крізь конденсорну лінзу, падає на два стакани, один з яких наповнений стандартним розчином С_сm, а інший розчином С_х, що досліджується. Висоти шарів розчинів регулюються за допомогою скляних стовпчиків плунжерів.

Проходячи крізь рідини та плунжери, світло попадає на призму, а потім в поле зору спостерігача. Способом занурення плунжерів у розчини домагаються однакової яскравості обох половин поля зору. У цьому випадку концентрація розчину, який досліджується, визначається із співвідношення:

де C_cm та C_х визначаються по шкалах біля плунжерів.