Поглинання світла

Нехай на вході в поглинаючий шар товщиною інтен­сивність світлової хвилі дорівнює Знайдемо інтенсив­ність світла що вийшло з цього шару речовини (рис. 6.30а). Для нескінченно тонкого шару можна покласти, що відносне зменшення інтенсивності світла пропорційне до товщини цього шару, тобто

де - коефіцієнт пропорційності, що називається коефі­цієнтом поглинання.

Рис. 8.30а. Поглинання світла при Рис 8.306. Експоненціальне

проходженні крізь речовину. зменшення інтенсивності світ-

ла за рахунок поглинання.

Проінтегруємо одержану рівність, що дає

У результаті інтегрування маємо

або

(6.18)

Одержана рівність називається законом Бугера. Вона описує експоненціальне зменшення інтенсивності світла при проходженні шару речовини товщиною (рис. 6.30б). Закон (6.18) був встановлений французьким фізиком П. Бугером у 1729 р.

Коефіцієнт поглинання аг залежить від довжини хвилі випромінювання та природи поглинаючої речовини. Виміри показали, що в області аномальної дисперсії залежність має різкий максимум (рис. 6.29). 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. 6.31).

Рис. 6.31. Спектр поглинання Рис. 6.32. Спектри поглинання

світла газами та парами при твердих тіл, рідин та газів при

невеликих тисках. високих тисках.

Розширення 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. 6.32).

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

(6.19)

Формула (6.19) називається законом Бугера-Ламбер-та-Бера. Іноді в цьому законі переходять від основи до основи 10. Тоді, оскільки , маємо

Величину називають коефіцієнтом пропускання, а величину - оптичною густиною розчину. Таким чином,

Спектри поглинання розчинів реєструються в координа­тах (рис. 6.33). Пристрій, що призначений для реєстрації спектрів поглинання, називається спектрофотометром. За допомогою спектрофото­метра можна провадити якісний та кількісний ана­ліз суміші за ЇЇ спектром поглинання, вивчати структуру та склад біологічних об'єктів, не порушуючи цілісності тканини.

Рис. 6.33. Спектр поглинання поглинання, світла розчином в координатах

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

Якщо два розчини однієї й тієї самої речовини поглинають світло однаково, то відношення їх концентрацій обернено пропорційне відношенню довжин оптичних кювет. Дійсно, якщо то

На рис. 6.34 подано схему візуального плунжерного ко­лориметра. Світло від дже­рела проходячи крізь кон­денсорну лінзу, падає на два стакани, один з яких напов­нений стандартним розчи­ном а інший - розчином 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 визначаються по шкалах біля плунжерів.

Рис. 6.34. Схема візуального плунжерного колориметра