9

Работа № 1 Производная и дифференциальная спектрофотометрия теоретическое введение

Фотометрия – метод, состоящий в измерении величин оптической плотностиилисветопропускания образцов как показателей поглощения электромагнитного излучения. Если регистрируется еще и зависимость оптической плотности объекта отдлины волны (частоты, энергии квантов)тестирующего излучения (т.е. регистрируетсяспектр поглощенияобъекта), метод называется спектрофотометрией. Спектрофотометрия применяется для:

1. качественного анализа состава исследуемых систем;

2. количественного определения поглощающих свет соединений;

3. изучения физико-химического состояния биологически значимых молекул;

ОПРЕДЕЛЕНИЯ:

Характеристики оптического излучения

Нами будут использоваться следующие характеристики у оптического излучения:

• энергия одного кванта (фотона) излучения:

где Е_кв - энергия кванта (измеряется в джоулях или электрон-вольтах),h- постоянная Планка,- частота излучения (измеряется в герцах; 1 Гц = 1 с^-1),- длина волны излучения (единица измерения – метр, однако, поскольку длина волн оптического излучения мала, обычно применяются нанометры (1 нм = 10^-9 м), ангстремы (1 Ангстрем = 10^-10м = 0,1 нм) или, в инфракрасной части оптического излучения – микрометры (1 мкм = 10^-6 м = 10³нм = 10⁴ Ангстрем)).

• Длина волны () излучения.

Длиной волны излучения называется расстояние, проходимое волной за время, равное полному периоду.

• Частота излучения ().

Частотой волны излучения называется количество полных циклов колебания, происходящих единицу времени (в системе СИ – за 1 секунду). Численно частота представляет собой величину, обратную периоду волны.

• Интенсивность излучения I.

Интенсивностью излучения I называется количество его энергии, падающее на единицу освещенной поверхности за единицу времени. В системе СИ единицей измерения интенсивности излучения будет Джм^-2с^-1. В некоторых случаях применяются несистемные единицы измерения интенсивности. Например, величинаIизмеряется в количестве квантов излучения, попадающих на единицу поверхности за единицу времени (квантм^-2с^-1). Поскольку количество квантов может быть весьма велико, его иногда выражают через величину эйнштейн. 1 эйнштейн = 6,0210²³квант. Если количество излучения выражено в эйнштейнах, то единицей измеренияIбудет эйнштейнм^-2с^-1. Для перехода от несистемных единиц измерения интенсивности к системной для немонохроматического излучения необходимо знать спектральный состав этого излучения – т.е. знать, как распределяются кванты этого излучения по длинам волн.

• Поток излучения .

Потоком излучения  называется количество энергии излучения, падающее на всю освещенную (рассматриваемую) поверхность  за единицу времени. Расчет потока излучения, таким образом, требует знания величины поверхности, через которую он рассчитывается. Расчет при известныхI и производится по формуле = I. Отсюда единицы измерения потока- Джс^-1; квантс^-1или эйнштейнс^-1.

• Доза излучения Е.

Дозой излучения Е называется общее количество энергии излучения, попавшее на рассматриваемую поверхность  за все время действия излучения t. Очевидно, что доза излученияЕ = It = t, и будет измеряться в джоулях, квантах или эйнштейнах. На практике чаще указывают не общую дозу действующего излученияЕ, а дозуЕ_S , приходящуюся на единицу поверхности объекта. ВеличинаЕ_S = It =  ^-1 t и будет измеряться в Джм^-2; квантм^-2или эйнштейнм^-2.

Величины, характеризующие поглощение излучения веществом

Поглощение монохроматического излучения веществом образца описывается законом Бугера-Ламберта-Бера:

где I иI₀ – соответственно интенсивности выходящего из образца и падающего на него пучков света,С – концентрация хромофора в объекте, выраженная в моль/л;l – толщина образца в см; - молярный коэффициент поглощения, лмоль^-1 см^-1. Поскольку поверхность при измерениях поглощения света у образца постоянна, то величины интенсивностейI иI₀ в этом законе можно заменить на величины соответствующих потоков излучения.

На практике, однако, чаще пользуются другой формулой, являющейся следствием закона Бугера-Ламберта-Бера:

где величина D называетсяоптической плотностью образца. ВеличинаD – безразмерная. Легко показать, что

Кроме оптической плотности D для характеристики поглощения света в объекте иногда применяют величину светопропускания (Т). Эта величина равна

В отличие от D, величинаТот концентрации хромофора в объекте зависит нелинейно:

Из этого, последнего, выражения вытекает, что

В англоязычной литературе иногда для обозначения оптической плотности вместо D применяютА(от английского слова «absorbance», т.е. поглощение).