Взаимодействие света с веществом. Поглощение света. Закон Бугера. Закон Бугера-Ламберта-Бера

Рис. 3 Схема к выводу закона поглощения света (черными точками обозначены атомы, в которых фотоны были захвачены электронами)

При прохождении света через вещество часть фотонов захватывается атомами вещества и световой поток ослабляется. Захват фотона может происходить вследствие фотоэффекта или вследствие возбуждения атома, при котором фотон переводит оптические электроны атома на энергетические уровни. Чем больше атомов и молекул встретится на пути светового потока, тем больше вероятность захвата фотона и тем больше поглощение света.

Поглощением света называют ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

Интенсивностью света называется отношение энергии, переносимой светом через площадь, перпендикулярную световому лучу, к продолжительности времени переноса и к размеру площади.

Установим закон поглощения света веществом. Направим на плоскую поверхность параллельный пучок света (Рис. 3). Пусть I₀ – интенсивность падающего света на вещество толщиной l. На расстоянии x от поверхности мысленно выделим бесконечно тонкий слой вещества dx. Интенсивность света dl, поглощенного этим слоем, пропорциональна интенсивности падающего на него света I и количеству атомов, находящихся в этом слое, которое пропорционально толщине слоя . Знак минус означает, что интенсивность света уменьшается. Коэффициент пропорциональности χ характеризует поглощение света в слое единичной толщины и называется коэффициентом поглощения. Отсюда: .

Из этой формулы видно, что коэффициент поглощения есть величина обратная толщине такого слоя вещества, который ослабляет интенсивность света в е раз.Это уравнение носит название закона Бугера.

Для растворов показатель поглощения пропорционален концентрации вещества С, то есть χ = ε С, где ε – показатель поглощения света на единицу концентрации вещества или молярный коэффициент поглощения. Подставляя это значение в закон Бугера, получим закон Бугера - Ламберта – Бера: .

Если перейти от натурального логарифма к десятичному, то получим закон тот же закон Бугера-Бера-Ламберта: .

Прологарифмируем: , где D называется оптической плотностью вещества, а ε’ отличается от ε только численным значением, связанным с переходом от натурального логарифма к десятичному. Оптическая плотность раствора пропорциональна концентрации вещества в растворе и толщине слоя, в котором происходит поглощение. Оптическая плотность характеризует поглощающую способность вещества. Если свет поглощается сложной системой (например, биологической тканью), то общая величина оптической плотности такой системы равен сумме оптических плотностей составляющих ее компонентов, что объясняется независимостью акта поглощения фотонов одним компонентом от свойств другого компонента.