16. Взаимодействие квантов света с веществом. Закон Ламберта-Бугера-Бера

величина светопоглощения не пропорциональна концентрации раствора, а связаны с концентрацией и толщиной кюветы более сложной (экспоненциальной) зависимостью. Поэ­тому для характеристики поглощения вещества и определения его концентрации используют другую величину - оптическую плот­ность образца (D).

Для расчёта оптической плотности используют уравнение Бугера-Ламберта-Бера:

I₀ - интенсивность све­та перед образцом;

I - интенсивности света, про­шедшего через раствор;

С - концентрация образца;

l - толщина кюветы;

ε- молярный коэффициент экстинкции (поглощения) л/моль∙см.

Раствор с концентрацией 1 моль/л в кювете толщиной 1 см имеет оптическую плотность D, равную ε.

Молярный коэффициент поглощения не зависит от условий из­мерения и характеризует способность молекул данного вещества поглощать свет той или иной длины волны. Измерив оптическую плотность раствора в кювете толщиной 1 см, по значению молярного коэффициента экстинкции можно оп­ределить концентрацию раствора (моль/л): С = D/ε

17 Спектральные методы анализа. Принцип работы спектрофотометров и фотоколориметров

спектральный анализ -физический метод анализа химического состава вещества, основанный на исследовании спектров испускания и поглощения атомов или молекул.

эмиссионный, использующий спектры излучения, главным образом атомов. Однако возможен эмиссионный анализ и молекулярного состава, например в случае определения состава радикалов в пламенях и газовом разряде. Особым случаем эмиссионного анализа является люминесцентный анализ;

абсорбционный, использующий спектры поглощения, главным образом молекул и их структурных частей; возможен анализ по спектрам поглощения атомов;

комбинационный, использующий спектры комбинационного рассеяния твердых, жидких и газообразных проб, возбуждаемые монохроматическим излучением, обычно — светом отдельных линий ртутной лампы;

люминесцентный, использующий спектры люминесценции вещества, возбуждаемые главным образом ультрафиолетовым излучением или катодными лучами;

рентгеновский, использующий а) рентгеновские спектры атомов, получающиеся при переходах внутренних электронов в атомах, б) дифракцию рентгеновых лучей при прохождении их через исследуемый объект для изучения структуры вещества;

радиоспектроскопический, использующий спектры поглощения молекул в микроволновом участке спектра с длинами волн больше 1 мм.

Спектрофотометром называют прибор, который служит для исследования излучений электромагнитных волн от различных источников, анализируя при этом длины волн таких излучений, взаимодействующих с какими-либо предметами. Спектрофотометр определяет спектральные параметры источников излучений, что позволяет его применять в фотометрических анализах. Различают спектрофотометры, работающие с различными диапазонами длин волн, которые являются определяющим фактором при их использовании. Принцип действия этих приборов основан на сравнении потока излучений, попадающих на какой-либо предмет, с отражаемым от этого предмета потоком излучений. Также излучения могут поглощаться, либо рассеиваться, что тоже учитывается при проведении исследований. Результаты измерений, которые проводят спектрофотометры, будут зависеть от свойств поверхности предмета, его формы, а также от длин волн потока излучения. Кроме этого, при различных условиях, в которых проводятся исследования, их результаты также будут отличаться. Поэтому во время обследования нужно учитывать направление освещения на предмет, его поляризацию и температуру окружающей среды.

Таким образом, спектрофотометр применяется при необходимости измерения концентрации какого-либо раствора, его оптической плотности, а также позволяет проводить кинетические измерения. При этом современные спектрофотометры обладают возможностью выводить результаты исследований в форме отчета на свой дисплей или монитор ПК.

Аналогичные методы исследований использует прибор фотоколориметр. Данное устройство предназначено специально для определения концентраций различных химических растворов. При этом фотоколориметры применяют в своих исследованиях принцип, по которому более окрашенный раствор поглощает большее количество падающего на него света с определенной длиной волн.

При исследовании химических растворов, фотоколориметр необходимо настроить на осуществление им излучения определенной длины волны. Это связано с тем, что различные вещества, содержащиеся в растворе, поглощают световые волны неоднородной длины по-разному. Поэтому в процессе работы, фотоколориметры оснащаются светофильтрами, каждый из которых способен преобразовывать световой поток в излучение с какой-либо определенной длиной волны. Таким образом, фотоколориметры могут постепенно определять концентрацию различных веществ в растворе, при условии постоянной смены в них светофильтров.

Спектрофотометр и фотоколориметр в настоящее время широко применяются в различных учебных и промышленных химических лабораториях для проведения анализов, в основном гигиенических и природоохранных.