Основной закон поглощения света

 

Если световой поток, интенсивность которого I₀, направить на раствор, находящийся в плоском стеклянном сосуде (кювете), то одна часть его интенсивностью I₁ отражается от поверхности кюветы, другая часть интенсивностью I₂ поглощается раствором и третья часть интенсивностью I₃ проходит через раствор. Между этими величинами имеется зависимость:

(а)

Так как интенсивность I₁ отраженной части светового потока при работе с одинаковыми кюветами постоянна и незначительна, то в расчетах ею можно пренебречь. Тогда равенство (а) принимает вид

Это равенство характеризует оптические свойства раствора, т.е. его способность пропускать или поглощать свет. Интенсивность поглощенного света зависит от числа окрашенных частиц в растворе, которые поглощают свет в значительно большей степени, чем растворитель.

Световой поток, проходя через раствор, теряет часть интенсивности тем большую, чем больше концентрация и толщина слоя раствора. Для окрашенных растворов между степенью поглощения монохроматического света, интенсивностью падающего света, концентрацией окрашенного вещества и толщиной слоя существует зависимость, называемая законом Бугера – Ламберта – Бера. По этому закону, поглощение света, прошедшего через слой окрашенной жидкости, пропорционально концентрации и толщине слоя его:

где I – интенсивность светового потока, прошедшего через раствор;

I₀ – интенсивность падающего света;

с – концентрация, моль/л;

h – толщина слоя, см;

k – мольный коэффициент поглощения; зависит от химической природы и физического состояния вещества.

Логарифмируя это уравнение, получаем

Десятичный логарифм отношения интенсивности падающего света к интенсивности света, прошедшего через раствор, называют оптической плотностью раствора Д.

;

Следовательно, оптическая плотность пропорциональна концентрации раствора и толщине слоя, через который проходит световой поток.

 

Методы определения концентрации

 

Методы основаны на сравнении интенсивности окраски или оптической плотности исследуемой жидкости или стандартного раствора.

1. Метод уравнивания. Основан на уравнивании интенсивности окраски исследуемого раствора и стандартного раствора путем изменения толщины слоя одного из растворов.

2. Метод стандартных серий. Готовят серию стандартных растворов, берут одиннадцать пробирок одинаковой формы, размера и из одинакового стекла и ставят в ряд по увеличению концентрации. Получается цветная шкала. Готовят исследуемый раствор, аналогично стандартным, приливают в пробирку. Окраску исследуемого сравнивают с окраской стандартных растворов на белом фоне, т.е. совпадает ли с интенсивностью одного из растворов цветной шкалы. Если же интенсивность окраски исследуемого раствора промежуточная между интенсивностью двух соседних растворов шкалы, то его концентрация равна средней концентрации этих растворов.

Недостаток этого метода: заготовленная серия стандартных растворов служит относительно короткое время.

3. Метод градуировочного графика. Готовят серию стандартных растворов и на приборе фотоэлектроколориметре определяют оптическую плотность каждого раствора по сравнению с «холостым», не содержащим окрашенного вещества, и строят градуировочный график.

Затем определяют оптическую плотность исследуемого раствора по сравнению с холостым. По величине оптической плотности исследуемого раствора определяют по калибровочной кривой концентрацию исследуемого раствора.

 

Схема фотоэлектроколориметра и правило работы с колориметрами (1).

 

Лабораторные работы (Выполняется одна из работ)

 

1. Определение концентрации ионов железа II в разбавленном растворе.

2. Определение концентрации ионов меди II в разбавленном растворе.