Спектры поглощения

Зависимости и от длины волны называются спектрами поглощения вещества. Спектры поглощения являются источником информации о состоянии вещества и о структуре энергетических уровней атомов и молекул.

Спектр поглощения изолированных атомов (например, разряженные газы) имеет вид узких темных линий на фоне сплошного спектра (рис.2), т.е. отличен от нуля только в определенных узких диапазонах длин волн (десятые – сотые доли ангстрем ; 1 = м), соответствующих частотам собственных колебаний электронов внутри атомов.

Рис.2. Линии поглощения в спектре Солнца

Молекулярный спектр поглощения, определяемый колебаниями атомов в молекулах, состоит из существенно более широких областей длин волн – полос поглощения, в которых поглощение значительно.

Поглощение твердых тел характеризуется, как правило, очень широкими областями (тысячи и десятки тысяч ) с большим значением . Качественно это объясняется тем, что в конденсированных средах сильное взаимодействие между частицами приводит к быстрой передаче всему коллективу частиц энергии, отданной светом одной из них.

Оптическая плотность

Поглощение кванта света происходит при его неупругом столкновении с молекулой (атомом), приводящем к передаче энергии фотона веществу, и является случайным событием. Вероятность поглощения кванта света образцом вещества толщиной оценивается величиной коэффициента поглощения , равного отношению интенсивностей поглощенного света к интенсивности падающего

, (7)

где – интенсивность прошедшего света.

Отношение интенсивности света, прошедшего через данное тело или раствор, к интенсивности падающего света называют коэффициентом пропускания

. (8)

Для практического применения коэффициент пропускания неудобен, т.к. он из-за вероятностного характера процесса поглощения квантов света связан с концентрацией нелинейно. Поэтому в количественном анализе обычно определяют оптическую плотность раствора, равную десятичному логарифму величины, обратной коэффициенту пропускания

. (9)

Из выражений (6) и (8) получаем

. (10)

Оптическая плотность удобна тем, что она линейно связана с концентрацией определяемого вещества (рис.3).

Рис.3

Применение закона поглощения света

Закон Бугера - Ламберта - Бера лежит в основе концентра­ционной колориметрии: фотометрических методов определения концентрации вещества в окрашенных растворах. Для этой цели используют две группы приборов: объек­тивные (фотоэлектроколориметры) и субъективные, или визуаль­ные (фотометры).

Действие колориметров основано на свойстве открашенных растворов поглощать проходящий через них свет тем сильнее, чем выше в них концентрация окрашивающего вещества. Все измерения при помощи колориметра проводятся в монохроматическом свете того участка спектра, который наиболее сильно поглощается данным веществом в растворе и слабо другими компонентами раствора. Поэтому колориметры снабжены набором светофильтров.

Примеры применения фотоэлектроколориметра в биологии, медицине и фармации:

• Измерение концентрации окрашенных растворов, например, некоторых витаминов и лекарств в растворе.

• Определение рН среды по цвету добавленных в раствор рН – индикаторов.

• Определение активности ферментов по интенсивности окрашивания раствора после добавления соответствующих химических реагентов, дающих окрашенные реакции с продуктами ферментативной реакции (например, оценка активности АТФ-фаз по скорости образования неорганического фосфата).

• Оценка скорости роста микроорганизмов по увеличению оптической плотности культуральной жидкости вследствие рассеяния света на микроорганизмах.