Краткая теория. При пропускании света через слой вещества его интенсивность уменьшается

При пропускании света через слой вещества его интенсивность уменьшается. Уменьшение интенсивности является следствием взаимодействия световой волны с электронами вещества, в результате которого часть световой энергии передается электронам. Это явление получило название поглощения света. Теоретическим обоснованием этого явления стал закон Бугера-Ламберта-Бера.

Установим закон поглощения света веществом.

Пусть через однородное вещество проходит пучок параллельных монохроматических лучей длиной волны l. Выделим элементарный участок слоя вещества толщиной dl (Рис. 5.1).

Рис. 5.1

При прохождении света через такой участок его интенсивность I ослабляется. Изменение интенсивности dI пропорционально интенсивности падающего света и толщине слоя dl:

dI=-c_lIdl,

где c_l - монохроматический натуральный показатель поглощения, зависящий от свойств среды. Знак «-» означает, что интенсивность света уменьшается.

Найдем интенсивность I_l света, прошедшего слой вещества толщиной 1, если интенсивность входящего в среду света I₀. Для этого проинтегрируем предыдущее выражение, предварительно разделив переменные:

.

В результате получим

ln I_l -ln I₀ =- c_ll,

откуда

Это закон Бугера. Он показывает, что интенсивность света уменьшается в геометрической прогрессии, если толщина слоя возрастает в арифметической прогрессии. Натуральный монохроматический показатель поглощения является величиной, обратной расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в результате поглощения в среде в e-раз.

Иногда закон Бугера записывают в виде

,

где - монохроматический показатель поглощения.

Свет различных длин волн поглощается веществом различно, поэтому показатели поглощения c_l и зависят от длины волны.

Монохроматический натуральный показатель поглощения раствора поглощающего вещества в непоглощающем растворителе пропорционален концентрации с раствора (закон Бера):

c_l= c_lc,

где c_l - натуральный показатель поглощения, отнесенный к концентрации вещества.

Закон Бера выполняется только для разбавленных растворов. В концентрированных растворах он нарушается из-за влияния взаимодействия между близко расположенными молекулами поглощающего вещества. Объединяя предыдущие выражения, получаем закон Бугера – Ламберта – Бера:

или

Отношение t = I_l / I₀ называется коэффициентом пропускания.

Оптическая плотность вещества равна

Не трудно заметить, что

Закон Бугера – Ламберта – Бера лежит в основе концентрационной колориметрии: фотометрических методов определения концентрации вещества в окрашенных растворах. В концентрационной колориметрии используются методы, связанные с той или иной формой фотометрии, т.е. изменением интенсивности света. Для этой цели используют две группы приборов: объективные (фотоэлектроколориметры) и субъективные, или визуальные (фотометры).