2. Закон Бера

Для растворов показатель поглощения прямо пропорционален концентрации раствора:

, (6.22)

- молярный показатель поглощения – показатель поглощения для раствора молярной концентрации: c=1моль/л.

Закон Бера приблизителен. Условия его более строгого выполнения:

1. Свет монохроматический, одна длина волны;

2. На этой длине воны растворитель не поглощает свет;

3. Раствор разбавленный, его концентрация мала;

4. Раствор истинный – прозрачный, нет рассеяния света;

5. Интенсивность света невелика, нет фотохимических реакций.

3. Закон Бугера – Ламберта – Бера

Если подставить выражения для закона Бера (6.22) в формулу закона Бугера -Ламберта (6.20), получим закон Бугера – Ламберта – Бера:

(6.23)

4. Коэффициент пропускания и оптическая плотность. Колориметрия

Коэффициент пропускания исследуемого образца – это отношение интенсивности света, прошедшего через образец I к интенсивности света, падающего на образец I .

(6.24)

Часто коэффициент пропускания выражается в процентах:

Оптическая плотность - десятичный логарифм отношения интенсивности света, падающего на образец I₀, к интенсивности света, прошедшего образец, I .

(6. 25)

Таким образом

Если подставить в выражение , определяющее оптическую плотность (6.25), закон Бугера - Ламберта – Бера (6.23), получим:

(6.26)

- молярный коэффициент поглощения, он зависит от рода раствора, температуры, длины волны; 𝑙 – толщина слоя вещества.

Оптическая плотность при условиях выполнения закона Бера прямо пропорциональна концентрации раствора:

D ~ c

На этом основан широко применяемый в фармации, медицине, химии, физике, биофизике метод исследования вещества – колориметрия. Этот термин греко-латинского происхождения. В переводе на русский язык - «измерение цвета». Дело в то, что цвет раствора определяется селективным – избирательным поглощением света определённых длин волн в видимом диапазоне. Существуют так называемые, дополнительные цвета: красный – зелёный, оранжевый – синий, жёлтый – фиолетовый. В определённом сочетании интенсивностей они, складываясь попарно. дают белый цвет. И наоборот, если, например, раствор, освещаемый белым светом, в основном, поглощает световые волны зелёного цвета, он пропускает красный свет. Если поглощает красный свет, раствор зелёной окраски. И так же для других дополнительных цветов. Густота окраски раствора зависит от того, насколько он сильно поглощает свет определённых длин волн, то есть от оптической плотности, и, таким образом, от концентрации. Было время, когда фармацевты и медики определяли концентрацию раствора «на глаз» по густоте его окраски. Позже вместо глаза стали применять фотоэлемент – устройство, превращающее световой сигнал в электрический. И появился фотоэлектроколориметр (ФЭК) – прибор для исследования вещества, основанный на изучении поглощения света. Упрощённая схема работы ФЭК –а приведена на рисунке.6.19.

Рис. 6.19. Упрощенная схема фотоэлектроколориметра (объяснения в тексте).

Свет от источника И проходит через светофильтр С/Ф, пропускающий свет заданной длины волны. К – кювета с исследуемым образцом. Ф/Э – фотоэлемент. Р – регистратор. В ФЭК набор светофильтров, пропускающих свет разного цвета, то есть разной длины волны.

Сначала на пути светового луча помещается кювета К с растворителем, затем с исследуемым раствором. Электрический ток от фотоэлемента Ф/Э - i прямо пропорционален интенсивности света, вышедшего из кюветы К, - I. Для не поглощающего свет растворителя I = I₀ , i = i₀ . А для исследуемого раствора I = I, i =i. Регистратор (в современных ФЭК – это компьютер) позволяет определить коэффициент пропускания:

(6.27)

и оптическую плотность раствора

(6.28)

При исследовании раствора, сначала определяют длину волны, на которой растворённое вещество больше всего поглощает. Для этого снимают спектр поглощения – зависимость оптической плотности от длины световой волны (производя измерения с разными светофильтрами) :

D=f(

Затем при этой длине волны , и в кюветах определённой толщины l, измеряют с помощью ФЭК-а оптические плотности стандартных растворов исследуемого вещества – специально приготовленных растворов различных известных концентраций. По полученным данным строят градуировочный график – зависимости оптической плотности от концентрации

D=f(с) ( рис. 6.20).

Рис. 6.20 Градуировочный график ФЭК.

Теперь, поместив в ФЭК кювету с исследуемым раствором неизвестной концентрации, и измерив его оптическую плотность, можно с помощью градуировочного графика найти его концентрацию. В современных ФЭК-ах параметры градуировочного графика вводятся в компьютер прибора и концентрация определяется автоматически.

12. РАССЕЯНИЕ СВЕТ

Рассеяние света – это отклонение световых лучей во все стороны от направления первоначального распространения. Рассеяние происходит на неоднородностях среды с отличными от среды показателями преломления. Причина рассеяния – дифракция, огибание световыми лучами этих неоднородностей ( рис. 6.21 а).

1.Зависимость интенсивности света I, проходящего через рассеивающую среду от толщины слоя 𝑙, через который прошёл свет

Ослабление интенсивности света вследствие рассеяния также подчиняется закону Бугера – Ламберта.

(6.29)

- натуральный показатель рассеяния

А интенсивность рассеянного света:

(6.30)

На рисунке 6.21 б показаны зависимости I и I_рас от толщины слоя рассеивающей среды ℓ.

Рис. 6.21. Рассеяние света (объяснения в тексте).