Основные закономерности светопоглощения

При прохождении через слой вещества (в частном случае раствора) светового потока с интенсивностью 1₀ его интенсивность вследствие поглощения в слое, отражения и рассеяния уменьшается до значения I. Интенсивность падающего светового потока I₀ и светового потока I, прошедшего через раствор, можно определить экспериментально.

Связь между интенсивностями световых потоков I₀ и I устанавливается законом Бугера-Ламберта, согласно которому однородные слои одного и того же вещества одинаковой толщины поглощают одну и ту же долю падающей на них световой энергии (при постоянной концентрации растворенного вещества). Материалистически этот закон выражается уравнением экспоненциальной зависимости:

где е — основание натуральных логарифмов;

к - коэффициент поглощения;

l — толщина поглощающего слоя.

Отношение I/I₀ называют пропусканием (Т); его значения могут изменяться от 0 до 1. Часто эту величину выражают в процентах. Если величина Т отнесена к толщине слоя в 1 см, то ее называют коэффициентом пропускания. Поглощение излучения характеризуют оптической плотностью:

Связь между концентрацией поглощающего раствора и его оптической плотностью lg (I₀/I) выражается законом Бера, согласно которому оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации растворенного вещества при постоянной толщине слоя:

где к1 — коэффициент пропорциональности;

С — концентрация растворенного вещества.

Зависимость монохроматического светового потока, прошедшего через слой окрашенного раствора, от интенсивности падающего потока света, концентрации окрашенного вещества и толщины раствора определяется объединенным законом Бугера-Ламбера-Бера, который является основным законом светопоглощения и лежит в основе большинства фотометрических методов анализа.

где к — коэффициент светопоглощения, зависящий от природы растворенного вещества, температуры, растворителя и длины волны света.

Если концентрация С выражена в молях на литр, a l — в сантиметрах, то к представляет собой молярный коэффициент светопоглощения и обозначается Ел. Основной закон светопоглощения в этом случае будет иметь следующий вид:

При соблюдении основного закона светопоглощения оптическая плотность раствора прямо пропорциональна молярному коэффициенту светопоглощения, концентрации поглощающего вещества и толщине слоя раствора:

При графическом изображении зависимость оптической плотности от концентрации (при постоянном значении д) С получается прямая линия. Эта прямая проходит через начало координат при отсутствии поглощения света растворителем и систематических погрешностей (рис. 2.1).