Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

МЕТОДЫ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Дорогова В Б, Игнатьева Л П,

2.2. Основные закономерности светопоглощения

При прохождении через слой растворенного вещества светового потока с интенсивностью J0 его интенсивность уменьшается до значения J вследствие поглощения в слое, отражения и рассеяния.

Связь между интенсивностями световых потоков J0 и J подчиняется Закону 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). Математически этот закон выражается уравнением экспоненциальной зависимости:

J = J0е–??, (2.1.)

Отношение Т = J/Jо называют пропусканием. 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 называют оптической плотностью (А):

А = lg(J/Jо) = –lgТ. (2.2)

Под оптической плотностью понимают абсорбционную плотность или плотность поглощения, обусловленную только поглощением света и не включающую потерю световой энергии вследствие отражения и рассеяния.

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

(2.3)

Зависимость интенсивности монохроматического светового потока, прошедшего через слой окрашенного раствора, от интенсивности падающего потока света, концентрации окрашенного вещества и толщины слоя раствора определяется обобщенным законом Бугора–Ламберта–Бера, который является основным законом светопоглощения и лежит в основе большинства фотометрических методов анализа:

J = Jo•10–kcl, (2.4)

Если концентрация С выражена в молях/дм3, а l – в сантиметрах, то k представляет собой молярный коэффициент светопоглощения и обозначается буквой ??. Уравнение (2.4) будет записано в виде:

(2.5)

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

А = ??сl. (2.6)

При графическом изображении зависимости оптической плотности от концентрации (при постоянном значении L) получается прямая линия, проходящая через начало координат при отсутствии систематических погрешностей.

Уравнения (2.4) и (2.5) выведены для монохроматического света, т.е. для спектрофотометрических методов анализа. В фотоколориметрии измерение интенсивности световых потоков производят не в монохроматическом свете, а в полихроматическом свете, т.е. на довольно широком участке спектра в интервале длины волн 20–60 нм. В этом случае в уравнение (2.6) вместо молярного коэффициента светопоглощения ?? используют значения среднего молярного коэффициента светопоглощения (), зависящего от ширины полосы пропускания светофильтра.

При c = 1 г-моль/л и ? = 1 см, молярный коэффициент поглощения ?? = Д, т.е он представляет собой оптическую плотность 1 М раствора, помещенного в кювету с толщиной слоя в 1 см. Величина молярного коэффициента светопоглощения ?? зависит от длины волны проходящего света, температуры раствора и природы растворенного вещества. Молярный коэффициент поглощения отражает индивидуальные свойства окрашенных соединений и являются их определяющей характеристикой. Для разных веществ молярный коэффициент поглощения имеет различную величину. Для слабо окрашенных веществ молярный коэффициент поглощения составляет 400–500, для сильно окрашенных соединений 85000–100000.