Поглинання світла

Мал. 8.30а. Поглинання світла при проходженні крізь речовину.	Мал. 8.30б.Експоненціальне зменшення інтенсивності світ­­ла за рахунок поглинан­ня.

Проінтегруємо одержану рівність:

В результаті інтегрування маємо

,

або

. (8.18)

Одержана рівність називається законом Бугера. Вона описує експоненціальне зменшення інтенсивності світла при проходженні шару речовини товщиною L (мал. 8.30б). За­кон (8.18) був встановлений французьким фізиком П. Бу­ге­ром у 1729 р.

Коефіцієнт поглинання æзалежить від довжини хвилі випромінювання та природи поглинаючої речовини. Виміри показали, що в області аномальної дисперсії залежність має різкий максимум (мал. 8.29). 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 (мал. 8.31).

Мал. 8.31.Спектр поглинання світла газами та парами при невеликих тисках.	Мал. 8.32. Спектри поглинання твердих тіл, рідин та газів при 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 (мал. 8.32).

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

. (8.19)

Формула (8.19) зветься законом Бугера-Ламберта-Бера. Іноді в цьому законі переходять від основи е» 2.718 до основи 10.

Тоді, оскільки е = 10^0.43, маємо

, де .

Величину t = I / I ₀ називають коефіцієнтом пропускан­ня, а величину D = – lg t = lg I ₀ / I – оптичною густиною розчи­ну. Таким чином,

Спектри поглинання розчинів реєструються в координа­тах D = f (l) (мал. 8.33). Пристрій, що призначений для реєстрації спектрів по­гли­нання, зветься 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.

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

Якщо два розчини однієї й тієї ж речовини поглинають світло однаково, то відношення їх концентрацій обернено пропорційне відношенню довжин оптичних кювет. Дійсно, якщо D ₁ = D ₂, то

, .

На мал. 8.34 подано схему візуального плунжерного ко­ло­риметра. Світло від дже­рела S, проходячи крізь кон­ден­сор­ну лінзу, падає на два стакани, один з яких напов­нений стандартним розчи­ном С_ст, 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 L_ст та L_х визначаються по шкалах біля плунжерів.