Фармацевтический факультет I курс 2012 уч.г.
Фотометрия
1. Оптическое излучение, его характеристика и количественная оценка. Поглощение света, его особенности, закон поглощения (закон Бугера – Ламберта).
Оптическое излучение - поперечные электромагнитные волны, которые распространяются в вакууме со скоростью света (с = 3-Ю8 м/с) и имеют длину волны 1мм - 1нм.
К оптическому излучению относятся инфракрасное (ИК) (тепловое), ультрафиолетовое (УФ) и длинноволновое рентгеновское излучения. Оптическое излучение обладает энергией. W (Дж) - лучистая энергия.
На практике используется понятие - лучистый поток Ф.
Ф = W/t [Дж/с = Вт].
Это лучистая энергия, переносимая оптическим излучением в единицу времени (мощность оптического излучения).
Лучистый поток, состоящий из лучей разных длин волн, называется спектрально-сложным (интегральным). Пример: белый свет. Лучистый поток в узком диапазоне длин волн или какой-то определенной длины волны называется монохроматическим.
При прохождении лучистого потока через различные среды он ослабляется. Причиной ослабления является его отражение, рассеяние, поглощение.
По закону сохранения энергии:
Ф0= Ф + Ф +Ф + Ф
= Ф\ Ф0 — коэффициент отражения
= Ф\ Ф0 — коэффициент поглощения
= Ф\ Ф0 — коэффициент ослабления
= Ф\ Ф0 — коэффициент рассеяния
Все коэффициенты зависят от свойств поглощающей среды и не зависят от мощности оптического излучения.
+ a + t + d = 1
Поглощение - явление ослабления лучистого потока по мере проникновения его вглубь вещества или среды.
Смысл поглощения заключается в том, что энергия оптического излучения переходит в другие виды энергии (тепловую, химическую, люминесцентную и др.)
Особенности:
1. Зависит от вида поглощающего вещества.
2. Зависит от концентрации поглощающего растворенного вещества.
3. Зависит от толщины слоя вещества.
4. Происходит по закону убывающей показательной (экспоненциальной) функции.
Закон поглощения в однородной среде для монохроматического излучения был установлен французским ученым Бугером в 1729 году и теоретически обоснован французским ученым Ламбертом в 1760 году.
Формулировка закона поглощения (закона Бугера – Ламберта):
Слои вещества одинаковой толщины поглощают равные доли (части) падающего на них монохроматического светового (лучистого) потока независимо от его абсолютной величины.
1 2 3 4
Ф0
(100%)
50% 25% 12,5% 6,25%
Данный закон имеет два математических выражения – дифференциальное и интегральное. Дифференциальная форма закона поглощения определяет закономерности поглощения в узком «dx» (дифференциальном) слое вещества. Интегральная форма закона поглощения определяет закономерности поглощения в широком слое вещества толщиной «l».
2. Дифференциальная форма закона поглощения.
Пусть на пластину толщиной «l» падает неослабленный лучистый поток Ф0 .
Выделим в этом слое элементарный слой «dx». Проходя через вещество, лучистый поток поглощается слоем «Фх», а также самим элементарным слоем «dФх». На выходе из вещества слоем толщиной «l» лучистый поток ослабляется до значения « Фl »
Ф0 - неослабленный лучистый поток;
Фх - лучистый поток, падающий на элементарный слой;
dФх - лучистый поток, поглощённый элементарным слоем «dx»;
Фl - ослабленный лучистый поток на слое толщиной « l »;
dx - толщина элементарного слоя.
dФx = - kλ· Фх· dx
Формулировка:
Лучистый поток, поглощённый элементарным слоем, пропорционален лучистому потоку, падающему на этот слой, и толщине этого слоя.
«kλ» - коэффициент пропорциональности, показатель поглощения, зависит от длины волны (λ) или частоты (ν) падающего излучения и от природы вещества. (kλ в СИ [м-1]).
Знак «- » в законе поглощения означает убыль интенсивности излучения. Следствия:
1. dФx/dx = - kλ · Фх — абсолютная скорость поглощения
Абсолютная скорость поглощения прямо пропорциональна лучистому потоку, падающему на этот слой.
2. dФx/Фxdx = - kλ — относительная скорость поглощения. Относительная скорость поглощения есть показатель поглощения.