ЛЕКЦИЯ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМ

СОДЕРЖАНИЕ

1. Физические основы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом.

2. Поглощение света:

1. Закон Бугера.

2. Физический смысл показателя поглощения.

3. Закон Бера.

4. Закон Бугера–Ламберта–Бера.

2. Оптические методы анализа веществ.

   1. Фотоэлектроколориметр.

   2. Нефелометрия и турбидиметрия.

3. Рассеяние света.

4. Дисперсия света.

1. Физические основы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом.

При падении светового луча на вещество, энергия электромагнитных колебаний расходуется на возбуждение вынужденных колебаний электронной орбиты атомов. В формуле и – текущая и максимальная напряженности электрического поля в электромагнитной волне, – циклическая частота вынужденных колебаний.

В результате воздействия электромагнитной волны на атом, возникает колеблющийся диполь, в котором центры положительного и отрицательного зарядов периодически меняются местами, рис. 1.

Рис.1.

Часть энергии волны передастся ядрам и приводит их также в колебания, т.е. фактически переходит в тепловую энергию и, следовательно, поглощается. Другая часть переизлучается колеблющимся диполем в виде электромагнитной волны и проходит далее в глубь вещества. Колебания напряженности электрического поля в переизлученной волне имеют вид , где – фаза запаздывания вынужденных колебаний электронной орбиты относительно колебаний вынуждающей силы .

Из рассмотренной картины взаимодействия электромагнитных колебаний и атома, используя свойства вынужденных колебаний, можно сделать следующие выводы.

1. Излучаемая колеблющимся диполем электромагнитная волна имеет частоту вынужденных колебаний, равную частоте вынуждающей силы, т.е. изменения частоты света при переходе света из одной среды в другую не происходит.

2. Фаза запаздывания определяет замедление фазовой скорости света в среде но сравнению с вакуумом.

3. Если частота падающей на вещество электромагнитной волны – частота вынужденных колебаний, совпадает с собственной частотой колебаний электронной орбиты атома, то возникает резонанс, сопровождающийся резким усилением поглощения энергии волны. Следовательно, зависимость показателя поглощения света (его определение будет дано позже) от частоты света имеет вид, показанный на рис. 2. Величины – собственныс частоты колебаний электронных орбит атомов вещества. Эта зависимость называется спектром поглощения (рис. 2).

Рис.2.

Некоторая часть энергии расходуется на фотохимические реакции, выбивание электронов из атомов, т.е. их ионизацию и т.д.

2. Поглощение света.

1. Закон Бугера

В каждом последующем слое вещества одинаковой толщины поглощается одна и та же доля интенсивности падающей монохроматической световой волны.

Рис.3.

Пусть на толщине , рис. 3, поглощается некоторая доля интенсивности света (на рисунке 1/3). Соединяя на рис. 3 ординаты, соответствующие интенсивностям света, вышедшим из слоев , получим график изменения интенсивности света в веществе. Естественно, что доля поглощения тем больше, чем больше толщина .

, ,

где – показатель поглощения. Знак минус, т.к. интенсивность уменьшается при увеличении .

2. Физический смысл показателя поглощения.

Показатель поглощения показывает, какая доля интенсивности монохроматического света поглощается единицей толщины вещества.

Показатель поглощения зависит от природы вещества и от частоты падающего света , т.е. .

В пределе при

Такая запись называется дифференциальной формой закона Бугера. Интегрируя дифференциальную форму, получаем

.

После интегрирования, получаем

, ,

где – интенсивность света, падающего на вещество.

Полученная запись называется интегральной формой закона Бугера.