Основной закон светопоглощения. Закон Бугера- Ламберта-Бера

Закон Бугера-Ламберта-Бера связывает уменьшение интенсивности света, прошедшего через слой светопоглощающего вещества, с концентрацией этого вещества и толщиной слоя.

Чтобы учесть потери света на отражение и рассеяние, сравнивают интенсивность света, прошедшего через раствор исследуемого вещества и растворитель (рис. 1).

Рис. 1. Прохождение света через кюветы с раствором и растворителем

При одинаковой толщине кювет, изготовленных из одинакового материала и содержащих один и тот же растворитель, потери на отражение и рассеяние света будут примерно одинаковы в обоих пучках, и уменьшение интенсивности света будет зависеть практически только от концентрации вещества. Уменьшение интенсивности света, прошедшего через раствор, характеризуется коэффициентом пропускания (или просто пропусканием) Т:

, (1)

где I и I₀ - соответственно интенсивность света, прошедшего через раствор и растворитель.

Десятичный логарифм коэффициента светопропускания, взятый с обратным знаком, называется оптической плотностью (А):

. (2)

Уменьшение интенсивности при прохождении света через раствор подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера:

, (3)

или , (4)

или , (5)

где ε- молярный коэффициент погашения,

b - толщина светопоглощающего слоя,

с - концентрация раствора.

Если принять b = 1cм, а с = 1 моль/л, то становится понятным смысл молярного коэффициента поглощения: молярный коэффициент светопоглощения равен оптической плотности одномолярного раствора при толщине его слоя в 1 см (ε = А). Значение ε определяется природой вещества.

Оптическая плотность раствора, содержащего несколько окрашенных веществ, обладает свойством аддитивности, которое выражается законом аддитивности светопоглощения. В соответствии с этим законом поглощение света каким-либо веществом не зависит от присутствия в растворе других веществ. При наличии в растворе нескольких окрашенных веществ каждое из них будет иметь свой аддитивный вклад в экспериментально определяемую оптическую плотность:

, (6)

где - оптические плотности веществ 1, 2,..., n-го вещества.

С учетом уравнения (5) получают: (7)

В соответствии с уравнением (5) зависимость оптической плотности от концентрации раствора графически выражается выходящей из начала координат прямой линией, тангенс угла наклона которой равен коэффициенту светопоглощения (светопогашения) (рис. 2).

На практике, однако, закон Бугера-Ламберта-Бера соблюдается не всегда (рис.2). При практическом применении электронной спектроскопии и фотометрии необходимо учитывать следующие ограничения закона Бугера-Ламберта-Бера:

1. Закон справедлив для монохроматического света. Чтобы отметить это ограничение, в уравнение (5) вводят индекс λ и записывают его в следующем виде: . (8)

Индекс указывает, что значения оптической плотности (А) и молярного коэффициента светопоглощения ε относятся к монохроматическому

излучению с длиной волны λ.

	A

			C
	О

Рис. 2. Зависимость оптической плотности от концентрации раствора

Раствор подчиняется закону Бугера – Ламберта -Бера

Растворы отклоняются от закона Бугера –Ламберта - Бера

(а - положительное отклонение, б - отрицательное отклонение)

2. Коэффициент ε зависит от показателя преломления среды (n). Если концентрация раствора невелика, то его n остаётся таким же, как у растворителя и отклонения от закона не наблюдается. Изменение n в концентрированных растворах может явиться причиной отклонения от основного закона светопоглощения.

3. Пучок света должен быть параллельным.

4. Температура раствора при записи спектра должна быть постоянной.

5 Уравнение (5) соблюдается только для растворов, в которых светопоглощающими центрами являются частицы одного вида. Если при изменении концентрации будет изменяться природа этих частиц (вследствие, например, кислотно-основного равновесия, ассоциации, полимеризации, диссоциации), то зависимость А от с не будет линейной, так как молярные коэффициенты погашения вновь образующихся и исходных частиц будут разными.

Дата добавления: 2015-06-28