ЛЕКЦИЯ 21 План лекции 1 Ослабление света

ЛЕКЦИЯ 21

План лекции: 1. Ослабление света при прохождении через вещество. 2. Поглощение света. 3. Параметры характеризующие поглощение света. 4. Закон Бугера-Ламберта-Бера. 5. Спектры поглощения вещества. 6. Концентрационная колориметрия. 7. Рассеяние света. 10. Закон Рэлея. 11. Нефелометрия.

1. Ослабление света при прохождении через вещество. Интенсивность света, распространяющегося в среде, уменьшается из-за его поглощения и рассеяния.

3. Параметры характеризующие поглощение света • • Показатель поглощения, коэффициент пропускания, оптическая плотность раствора, эффективное сечение поглощения молекулы, • натуральный молярный показатель поглощения.

Коэффициент поглощения k Доля поглощённого света оценивается величиной коэффициента поглощения k: K = Iп/I 0 = I 0 – I/I 0 где • I 0 - интенсивности падающего света, • I - интенсивность прошедшего света, • Iп = I 0 - I - интенсивностей поглощенного света

Коэффициент пропускания Параметр называется коэффициентом пропускания.

Оптическая плотность (D) - десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания В англоязычной литературе вместо оптической плотности используется другое обозначение и термин: поглощательная способность (A) (absorbance).

Закон поглощения света Бугера Исходя из простых соображений, что -d. I = kλIdx, (аналогично выводам приводимым в предыдущих лекциях) получим закон поглощения света Бугера: где • ℓ - толщина слоя проходимая светом, • kλ натуральный показатель поглощения.

Натуральный показатель поглощения kλ • Натуральный показатель поглощения kλ называется величина обратная расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в результате поглощения в среде в е раз. • Показатель kλ различен для разных длин волн и его величина зависит от природы вещества.

Закон поглощения можно связать с некоторыми характеристиками молекул. где • n — концентрация молекул (число молекул в единице объема), поглощающих кванты света, а • s - эффективное сечение поглощения молекулы

эффективное сечение поглощения молекулы s Эффективное сечение поглощения молекулы s — некоторая площадь, при попадании фотона в которую происходит его захват молекулой. S S

Натуральный молярный показатель поглощения • Более приняты молярные концентрации С = n/NA, откуда sn = s. CNA = χλС, • где χλ = s. NA — натуральный молярный показатель поглощения. • Его физический смысл — суммарное эффективное сечение поглощения всех молекул одного моля вещества.

Молярный показатель поглощения Величина • называется молярным показателем поглощения (в спектроскопии ε принято называть молярным коэффициентом поглощения).

4. Закон Бугера-Ламберта-Бера • Если молекулы, поглощающие кванты, находятся в растворителе, который не поглощает свет, то закон поглощения света можно записать в виде: • Эта формула выражает закон Бугера— Ламберта—Бера.

В лабораторной практике этот закон обычно выражают через показательную функцию с основанием 10: где — молярный показатель поглощения.

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; • 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).

5. Спектры поглощения вещества. • 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.

6. Концентрационная колориметрия фотометрическое определение концентрации окрашенных веществ. Для этого измеряются потоки падающего и прошедшего через раствор монохроматического света. Основана на законе Бугера—Ламберта —Бера.

При определения концентрации окрашенных веществ зависимость коэффициент пропускания Τ (или поглощения 1 – Т) от концентрации носит нелинейный характер

Оптическая плотность линейно связана с концентрацией определяемого вещества:

Поэтому в количественном анализе определяют оптическую плотность (D) раствора

7. Рассеяние света Рассеянием света называют явление, при котором распространяющийся в среде световой пучок отклоняется по всевозможным направлениям. Рассеяние света возникает на оптических неоднородностях среды.

Два основных вида рассеивания: 1. В мутных средах. 2. На оптических неоднородностях.

Рассеяние в мутных средах называют явлением Тиндаля. • Мутными являются среды содержащие мелкие инородные частицы в однородном прозрачном веществе. Примеры: дым (твердые частицы в газе), туман (капельки жидкости в газе), взвеси, эмульсии и т. п.

Молекулярным рассеянием света называют рассеяние на оптических неоднородностях возникающих в чистом веществе из-за статистического отклонения молекул от равномерного распределения (флуктуации плотности). Например, рассеяние света в атмосфере.

Уменьшение интенсивности света вследствие рассеяния, как и при поглощении, описывают показательной функцией: где m — (натуральный) показатель рассеяния.

При совместном действии поглощения и рассеяния света ослабление интенсивности также является показательной функцией где μ — показатель ослабления (натуральный). Причём μ = m + kx

10. Закон Рэлея - при рассеянии в мутной среде на неоднородностях, приблизительно меньших 0, 2λ (λ — длина волны света), а также при молекулярном рассеянии интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны:

• Инфракрасные лучи рассеиваются меньше, чем фиолетовые. • На рисунке изображены две фотографии пейзажа: • на левой, снятой обычным методом, туман сильно ограничил видимость; на правой, снятой в инфракрасном излучении на специальной пластинке, туман не мешает, он оказался прозрачным для более длинных волн.

Комбинационное рассеяние » Тип рассеяния света, названный комбинационным рассеянием, был открыт в 1928 г. Г. С. Ландсбергом и Л. И. Мандельштамом в Москве и одновременно Ч. В. Раманом в Индии. • Это явление заключается в том, что в спектре рассеяния помимо линии, соответствующей частоте падающего света, появляются новые линии, частоты которых νi представляют собой комбинацию частоты падающего света ν 0 и частот vi (i = 1, 2, . . . ) колебательных или вращательных переходов рассеивающих молекул.

Спектры комбинационного рассеяния настолько характерны для молекул, что с их помощью осуществляется анализ сложных молекулярных смесей. Спектроскопия комбинационного рассеяния дает информацию, аналогичную получаемой инфракрасной спектроскопией, но имеет то преимущество, что позволяет работать с водными растворами молекул, используя видимый свет, для которого растворитель прозрачен.

11. Нефелометрия. Метод измерения рассеянного света в различных направлениях с целью получения сведений характеризующих межмолекулярное взаимодействие, размеры макромолекул в растворах, частиц в коллоидных растворах, эмульсиях, аэрозолях и т. п. называют нефелометрией, а соответствующие приборы - нефелометрами.

17 Мая Лекция 22 ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ План лекции: • • • 1. Люминесценция. 2. Виды люминесценции. 3. Закон Стокса. 4. Квантовый выход люминесценции. 5. Закон Вавилова. 5. Количественный и качественный люминесцентный анализ. • 6. Люминесцентный микроскоп. • 7. Использование люминесценции для решения медицинских задач.