Вопрос№55. Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Оптическая плотность, пропускаемость.

Интенсивность света, распространяющегося в среде, может уменьшаться из-за поглощения и рассеяния его молекулами вещества. Поглощением света называют ослабление интенсивности све­та при прохождении через любое вещество вследствие превраще­ния световой энергии в другие виды энергии. Поглощение кванта света происходит при его неупругом столкновении с молекулой, приводящем к передаче энергии фотона веществу, и является случайным событием. Вероятность поглощения кванта света образцом вещества толщиной I оценивается величиной коэффициента поглощения 1 - Т, равного отношению интенсивностей поглощенного света I = 1₀~ I к интенсивности падающего I₀: 1 – Т=(I₀ – I)/I₀. где I — интенсивность прошедшего света, Т = I/I₀ - коэффициент пропускания. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.

Поглощение энергии света в веществе описывается законом Бугера: I=I₀e^{- kλ l} . Коэф­фициент k_λ называют натуральным показателем поглощения, его величина обратна расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в результате поглощения в среде в е раз.

Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел. Зависимость коэффициента поглощения от длины волны света используется для изготовления светофильтров, которые в соответствии с химическим составом пропускают свет только определенных длин волн, поглощая остальные. 

Зако́н Бугера — Ламберта — Бера — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.

Закон выражается следующей формулой: I = I₀e~^snl. В это уравнение входит параметр s, который отражает способность молекул поглощать монохроматический свет используемой длины волны.

Более приняты молярные концентрации С = n/N_A, откуда п = CN_a. Преобразуем произведение sn = sCN_A = χ_λС, где χ_λ = sN_A — натуральный молярный показатель поглощения. Его физический смысл — суммарное эффективное сечение поглощения всех моле­кул одного моля вещества. Если молекулы, поглощающие кван­ты, находятся в растворителе, который не поглощает свет, то можно записать в виде I= I₀e^χλCl. Эта формула выражает закон Бугера—Ламберта—Бера. В лабо­раторной практике этот закон обычно выражают через показа­тельную функцию с основанием 10: I = I_0* 10~^εСl,

где ε= χ_λ /ln10 — молярный показатель поглощения. Закон Бугера—Ламберта—Бера используют для фотометрического определения концентрации окрашенных веществ. Для этого непосредственно измеряют потоки падающего и прошедшего через раствор монохроматического света (концентрационная колориметрия), однако определенный таким образом коэффициент пропускания Т (или поглощения 1 - Т) неудобен, так как он из-за вероятностного характера процесса связан с концентрацией нелинейно. Поэтому в количественном анализе обычно определяют оптическую плотность (D) раствора, представляющую десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания, D = lgl/T = lg I₀/I = εСl.

Закон Бугера—Ламберта—Бера выполняется не всегда. Он справедлив при следующих предположениях: 1) используется монохроматический свет; 2) молекулы растворенного вещества в растворе распределены равномерно; 3) при изменении концентрации характер взаимодействия между растворенными молекулами не меняется (иначе фотофизические свойства вещества, в том числе и значения вис, будут изменяться); 4) в процессе измерения не происходят химические превращения молекул под действием света; 5) интенсивность падающего света должна быть достаточно низка (чтобы концентрация невозбужденных молекул практически не уменьшалась в ходе измерения).

Зависимости s, χ, ε или D от дли­ны волны света называют спектрами поглощения вещества. Спектры поглощения являются источниками информации о состоянии вещества и о структуре энергетических уровней атомов и молекул. Спектры поглощения используют для качественного анализа растворов окрашенных веществ.