Вопрос 22. Поглощение света. Закон Бугера. Поглощение света р-ми. Закон Б-Л-Б

Поглощением света назыв ослабление интенсивности свтеа при прохождении через любое в-во вслед превращения световой энергии. Если выбрать небол слой в-ва толщтной dx, то ослабление интенсивности dI света этим слоем при поглощении будет тем больше, чем больше толщина слоя и интенсивность света, падающего на этот слой: dI= - kIdx, где k – натуральный показатель поглощения, «-» означает, что интенсивность света при прохождении через в-во умен, те dI<0. Интегрируя и подставляя, получаем: lnI₁/I₀= - kl, потенцируя, имеем: I₁=I₀e^-kl (закон поглощения Бугера).

Свет поглощается раствором избирательно: при некоторых длинах волн светопоглощение происходит интенсивно, а при некоторых свет не поглощается. Интенсивно поглощаются кванты света, энергия которых равна hn энергии возбуждения частицы и вероятность их поглощения больше нуля. Молярный коэффициент поглощения при этих частотах (или длинах волн) достигает больших значений. Интенсивно поглощаются кванты света, которые соответствуют энергии возбуждения частицы, которая складывается из энергии вращения частицы как целого, энергии колебания атомов и движения электронов: Е = Е_вр + Е_кол + Е_эл. Атом, ион или молекула, поглощая квант света, переходит в более высокое энергетическое состояние. Обычно это бывает переход с основного, невозбужденного уровня на один из более высоких, чаще всего на первый возбужденный уровень. Вследствие поглощения излучения при прохождении его через слой вещества интенсивность излучения уменьшается и тем больше, чем выше концентрация светопоглощающего вещества. Закон Бугера – Ламберта – Бера связывает уменьшение интенсивности цвета, прошедшего через слой светопоглощающего вещества, с концентрацией вещества и толщиной слоя. Чтобы учесть потери света на отражение и рассеяние, сравнивают интенсивности цвета, прошедшего через исследуемый раствор и растворитель. При одинаковой толщине слоя в кюветах, из одинакового материала, содержащих один и тот же растворитель, потери на отражение и рассеивание света будут примерно одинаковы у обоих пучков, и уменьшение интенсивности света будет зависеть от концентрации вещества. Уменьшение интенсивности света, прошедшего через раствор, характеризуется коэффициентом пропускания (или просто пропусканием) τ, где I и I₀ – соответственно интенсивности света, прошедшего через раствор и растворитель. τ =I/I₀

Взятый с обратным знаком логарифм τ называется оптической плотностью D: -lg τ = - lgl/l₀ = lg l₀/l = D. Уменьшение интенсивности света при прохождении его через раствор подчиняется закону Бугера – Ламберта – Бера: I=I₀ * 10 ^-elc или I/I₀=10^-elc, где: e - молярный показатель поглощения, l – толщина светопоглощающего слоя, с – концентрация раствора. Физический смысл молярного коэффициента поглощения сразу становится ясным, если мы принимаем с = 1 моль/л и l = 1 см. Тогда D= e. Следовательно, молярный коэффициент поглощения равен оптической плотности одномолярного раствора при толщине слоя 1 см. Оптическая плотность раствора, содержащего несколько окрашенных веществ, обладает свойством аддитивности, которое называют свойством аддитивности светопоглощения. В соответствии с этим законом поглощение света каким-либо веществом не зависит от присутствия в растворе других веществ. При наличии окрашенных веществ в растворе каждое из них будет давать свой аддитивный вклад в экспериментально определяемую оптическую плотность. То есть мы получаем:D=l(e₁c₁ + e₂c₂ + e_kc_k), –lg τ = D = elc

В соответствии с уравнением получается, что зависимость оптической

плотности от концентрации графически выражается прямой линией, выходящей из начала координат. Опыт же показывает, что линейная зависимость наблюдается не всегда. При практическом применении закона необходимо учитывать следующие ограничения:

1.Закон справедлив для монохроматического света. Чтобы отметить это ограничение в уравнение вводят индексы и записывают в виде: A_l = e_llc. Индекс l указывает, что величины D и e относятся к монохроматическому свету с длиной волны l

2.Коэффициент e зависит от показателя преломления среды. Если концентрация раствора сравнительно невелика, его показатель преломления остается таким же, каким он был у чистого растворителя, и отклонений от закона по этой причине не наблюдается. Изменение показателя преломления в высококонцентрированных растворах может явиться причиной отклонений от основного закона светопоглощения

3.Температура при измерениях должна оставаться постоянной хотя бы в пределах нескольких градусов

4.Пучок света должен быть параллельным

5. Данное уравнение соблюдается для систем, в которых светопоглощающими

центрами являются частицы только одного сорта. Если при изменении концентрации будет изменяться природа этих частиц вследствие, например, кислотно – основного взаимодействия, полимеризации, диссоциации, то зависимость D от с не будет линейной, так как молярный коэффициент поглощения вновь образующихся частиц не будет в общем случае одинаковым.

Вопрос 23. Коэф пропускания оптической п-ти. Спектры поглащения. Конц колориметрия.

Уменьшение интенсивности света, прошедшего через раствор, характеризуется коэффициентом пропускания (или просто пропусканием) τ, где I и I₀ – соответственно интенсивности света, прошедшего через раствор и растворитель. τ =I/I₀.Взятый с обратным знаком логарифм τ называется оптической плотностью D: -lg τ = - lgl/l₀ = lg l₀/l = D.

Распределение по частотам (или по длинам волн) значений молярного коэффициента поглощения называется спектром поглощения. Появление полос поглощения обусловлено дискретностью энергетических состояний поглощающих частиц и квантовой природы электромагнитного излучения. Обычно спектр поглощения выражают в виде графической зависимости оптической плотности D или молярного коэффициента поглощения e от частоты n или длины волны l падающего света. Вместо D или e нередко откладывают их логарифмы.Кривые в координатах lgD - l при изменении в концентрации или толщины слоя перемещаются по ординате вверх или вниз параллельно самим себе, в то время как кривые в координатах D - l этим свойством не обладают. Существенное значение имеет эта особенность для качественного анализа. При изучении инфракрасных спектров на графике обычно откладывают процент светопропускания как функцию n^’ или n:

Вопрос 24. Электромагнитная волна. Уравнение эл-маг волны. Объемная п-ть энергии элмаг поля. Переменные эл и маг поля не могут сущ независимо друг от друга. Нельзя создать маг поле без возникновения переменного эл поля и наоборот. Эл-м поле представляет собой взаимосвязь полей эл напряженность Е и маг Н распр ед эл-маг поля, посредством эл-м волн. Эл-м волна – эл-и колеб, распр в пр-ве с кон с-тью и перенос энергию. Описание их распред аналог опис мех волн. Если среда однородна и волны распр вдоль Ох со с-тью V, то эл (Е) и маг (Н) составляющие поля в каждой тчоке среды изменяются по гарм закону с один частотой ω и в одной фазе.

Ур плоской волны: Е=Е_махcos(ω[t-(x/V)]), H=H_maxcos(ω[t-(x/V)]), где х –координата точки, t – время. Векторы Е и Н взаимно перпенд, каждый из них направлен перпенд распр волны.

С-ть распр эл-м волны зависит от относ диэлектрической проницаемости е и маг проницаемости μ. V=1/√e₀μ₀eμ=c/√eμ, где с=1/√е₀μ₀=3*10⁸м/с. Учитывая, что абсолютный пол-ль преломления n=c/V, можно установить связь между этими вел-ми: n=√eμ.

Wэл-м складывается из объемных п-тей эл и маг полей: W_эл-м=W_эл+W_м=εε₀(Е²/2)+(В²/2μμ₀) Эл и маг сост равноправны: W_эл-м= εε₀(Е²/2)=(В²/2μμ₀). Для объемной пл-ти энергии можно записать несколько ур: W_эл-м= εε₀Е²=В²/μμ₀=ЕВ/Vμμ₀. Плотность потока пол из общего соотношения: I=VW, где W – объемная п-ть энергий, V – с-ть распр волны в среде. I=VEB/Vμμ₀=EB/μμ₀.

Вопрос 25. Классификация частотных интервалов, принятых в медицине.

Низкиечастоты(НЧ)до 20 Гц, звуковые частоты (ЗЧ) – 20Гц-20кГц, УЗЧ - 20кГц-200кГц, высокие (ВЧ) – 200кГц-30МГц, УВЧ – 30МГц-300МГц, сверхвысокие (СВЧ) – 300МГц – 300ГГц, крайневысокие (КВЧ) – свыше 300ГГц
Вопрос 26. Квантовая физика. Волновые св-ва микрочастиц. Гипотеза де Бройля.

Квантовая механика – современная теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (эл частиц, атомов, молекул, ядер) и их систем.

Гипотезу о волновых св-вах микрочастиц была высказана Луи де Бройлем в 1924г. В физике в течение многих лет господствовала теория, согл кот свет – эл-маг волна. Но после работ таких ученых, как Планк, Эйнштейн и других стало ясно, что свет обладает корпускулярными св-ми. Необходимо рассматривать свет как поток частиц (фотонов). Корпускулярные св-ва не отвергают, а доп его волн св-ва. Фотон – эл частица света, обл волновыми св-ми. Формула импульса фотона: р=hυ/c=h/λ была исп для других микрочастиц массой m, движ со с-тью V: p=mV= h/λ. Отсюда: λ=h/(mV) – формула де Бройля. Частицы (например, электроны) движения, кот опред этой формулой, назыв волнами де Бройля. Несколькими годами позже эта гипотеза получила экспериментальное подтверждение: была обнаружена дифракция электронов. Зав-ть напряжения U эл поля, в кот он движется. Изменение кин энергии эл-на равно работе сил поля: ∆Е_к=А или mV²/2=eU. Выразим с-ть и подставив её, имеем: λ=h/√2emU

Для описания сост частиц в кв мех-ки исп волн ф-цию ψ (зав от x,y,z,t).