Контрольні питання

1. Оптична густина.

2. Які значення може приймати оптична густина розчину?

3. У скільки разів зменшиться інтенсивність променя, якщо оптична густина розчину D=1?

4. Спектри поглинання та пропускання, їх вимірювання.

5. Диферен­ційний спектр.

6. Що ви­значають методом диференціальної спектрофотометрії?

7. Пояснити вигляд спектральної характеристики.

Рекомендована література

1. Кравець В.І. “Біофізика”. Посібник для студентів університетів спеціальності “біологія”. Івано-Франкiвськ, 2005, 256 с. ─ с.57-58, 199-201.

2. Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., Потапенко Д.Я. и др. Биофизика. – М.: Медицина, 1983, – 272с. ─ c.31-37.

3. Костюк П.Г., Гродзинский Д.М., Зима В.Л. и др. Биофизика. – К.: Вища школа, 1988, – 504с. ─ c.76-82.

4. Биофизика. Под ред. Тарусова Б.Н. – М.: Высшая школа, 1968. – 468с. ─ c.318-322.

Лабораторна робота №11.

ПЕРЕВІРКА ЗАКОНУ ЛАМБЕРТА – БЕРРА.

Мета: Експериментально визначити залежність коефіцієнта пропускання та оптичної густини розчину від пройденого світлом шляху, навчитись будувати графіки і визначати довжину екстинкції та коефіцієнт поглинання розчину.

Теоретичний вступ

При проходженні світла через речовину воно взаємодіє з молекулами. Механізм взаємодії полягає в поглинанні кванта світла одним з електронів. Електрон при цьому переходить на вищий енергетичний рівень (вищу орбіталь). Кожна окремо взята молекула речовини, що трапляється на шляху світлового кванта, може поглинути його з певною ймовірністю. Таким чином, при проходженні світловим променем одиниці довжини речовини буде поглинута його певна частка, величина якої залежить від довжини хвилі і властивостей речовини. Отже, чим більша інтенсивність світлового променя, тим сильніше він поглинається на одиниці довжини. Якщо, наприклад, при проходженні 1 см поглинається половина інтенсивності променя, то інша половина проходить далі. Наступний сантиметр пройде вже тільки четвертина початкової інтенсивності, третій сантиметр ─ тільки восьма частина і т.д. Той факт, що зменшення інтенсивності променя при проходженні невеликої відстані dx пропорційне до його інтенсивності на даній глибині, можна виразити за допомогою простенького дифрівняння:

де α ─ коефіцієнт поглинання, вимірюється в 1/м або в 1/мм. Розв’яжемо його:

,

де ─ інтенсивність падаючого променя,

─ інтенсивність променя на глибині l.

Звідси одержуємо основний закон абсорбційної спектрофотометрії – закон Ламберта – Бера:

, (1)

який можна написати інакше, через молярний коефіцієнт поглинання ε:

,

де n ─ концентрація розчину. З нього видно, що інтенсивність променя у міру проходження його крізь речовину зменшується за експоненціальним законом:

З рисунка видно, що, незважаючи на те, що інтенсивність променя неухильно зменшується з пройденою відстанню і прямує до нуля, але нульової інтенсивності не досягає при будь-якій глибині, тому що чим менш інтенсивний промінь, тим менше він поглинається. Тому за відстань, на яку промінь проникає в речовину, беруть таку відстань, на якій його інтенсивність стає меншою за початкову в е≈2,7 разів. Цю відстань називають довжиною екстинкції. Такий вибір виправданий тим, що якби промінь на своєму шляху вглиб речовини постійно поглинався б так, як біля поверхні, то він би зник, саме пройшовши відстань довжини екстинкції. З (3.1) видно, що довжина екстинкції ─ величина, обернена до коефіцієнта поглинання: l_ext=1/α. Також з (3.1) видно, що коефіцієнт поглинання .

Відношення інтенсивності променя на виході до інтенсивності падаючого променя називається коефіцієнтом проходження і вимірюється у відсотках. Він зменшується з відстанню за експоненціальним законом (див. рисунок). Визначивши коефіцієнт проходження, можна обчислити коефіцієнт поглинання та довжину екстинкції.

Величиною, подібною до коефіцієнта поглинання, є оптична густина розчину ─ інтегральний коефіцієнт поглинання всього розчину:

Вона пов’язана з коефіцієнтом поглинання простим співвідношенням і на відміну від нього залежить від довжини кювети:

(2)

З формули (2) бачимо, що залежність оптичної густини від відстані (довжини кювети) ─ лінійна.

За допомогою спектрофотометра або фотоелект­роколориметра можна визначити спектр поглинання, тобто залежність оптичної густини від довжини хвилі D(λ), та спектр пропускання, тобто залежність коефіцієнта проходження від довжини хвилі Т(λ). Як видно з формули (2), при відомій оптичній густині легко обчислити коефіцієнт поглинання:

(3)

Виміривши оптичну густину розчину, при відомому молярному коефіцієнті екстинкції можна обчислити концентрацію розчину.