Спектральный анализ в физике конденсированного состояния: Лабораторный практикум, страница 11

- определить коэффициенты ослабления для исследуемых участков видимого спектра;

- построить спектр поглощения водного раствора С₀Cl₂ и определить частоту собственного поглощения.

Краткая теория

При прохождении светового пучка через слой окрашенного вещества часть его рассеивается, часть поглощается, а часть проходит через слой вещества. Рассмотрим пучок света с начальной интенсивностью Ф₀, распространяющийся в поглощающей среде. После прохождения пучком пути х интенсивность становится Ф, а пути (x+dx) - (Ф-dФ). Величина dФ представляет собой поглощенный и рассеянный лучистый поток, который пропорционален интенсивности падающего на рассматриваемом участке среды света и толщине этого участка [1]:

                         -dФ=KФ dx                                                    (1)

где K численно равен энергии, поглощаемой на единице длины пути, и называется линейным коэффициентом ослабления светового потока. Он складывается из коэффициента истинного поглощения и коэффициента рассеивания:

                                                К=К_погл+К_расс                                              (2)

Размерность [К]=м^-1.

Разделение переменных и интегрирование уравнения (1) приводит к

                                                                                     (3)

                                                                                      (4)

Выражение (4) определяет интенсивность света, прошедшего сркду толщиной х и носит название закона Бугера-Ламберта.

Расстояние х_0,5, на котором интенсивность света уменьшается в два раза, называется длиной половинного ослабления, которая определяется величиной коэффициента ослабления:

                                                                                                                   (5)   откуда

                                                                             (6)

При прохождении света через раствор некоторого вещества в практически непоглощающем растворителе коэффициент ослабления пропорционален концентрации этого вещества С:

                                  К=К_λС                                                             (7)

Выражение (7) носит название закона Бера. Если в уравнение (4) подставить(7), то получится выражение

                                                                          (8)

которое носит название объединенного закона Бугера-Ламберта-Бера.

Данный закон справедлив только для монохроматического света, так как величина К_λ при прочих равных условиях зависит от длины волны света λ. Максимальное значение К_λ принимаем при частотах падающего света, равных частотам собственных колебаний электрических зарядов в атомах поглощающей среды. Данные частоты называются частотами собственного поглощения вещества, а зависимости К_λ(λ) – спектрами поглощения.

Устройство фотоколориметра КФО

Построение спектров поглощения производится при помощи спектрофотометров или фотоколориметров с большим набором узкополосных светофильтров. В настоящей работе используется фотоколориметр.

Оптическая схема колориметра фотоэлектрического однолучевого (КФО) приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Оптическая схема колориметра КФО

Свет от источника 1 через светофильтр 2 и конденсатор 3 проходит через кювету с исследуемым веществом 4, а затем через защитное окно кюветной камеры 6 и фотометрический клин 7 попадает на фотоприемник 8. В качестве фотоприёмника использован фотоэлемент, сигнал с которого через усилитель подаётся на измерительный прибор-микроамперметр М9075 (рисунок 2). Фотоэлемент и усилитель работают в таком режиме, что ток, регистрируемый микроамперметром, прямо пропорционален светлому потоку, прошедшему через вещество. Шторка 5 (рис I ) перекрывает пучок света, падающего на фотоприёмник во время установки кювет.