Вятский Государственный Гуманитарный Университет

Вятский Государственный Гуманитарный Университет

Лабораторная работа

«Исследование поглощения света в прозрачных средах»

Работу выполнила

Студентка 5 курса,

группы МФ-52

Останина Ирина

Цель работы: измерение с помощью медицинского аналитического фотометра коэффициента пропускания исследуемых растворов на выбранной длине волны излучения по конечной точке колориметрической реакции по одно- и двухволновой методикам и проведение вычислений оптической плотности, концентрации по фактору и концентрации по стандарту с обеспечением автоматического построения калибровочной кривой по 1..6-градуировочным растворам.

Приборы и материалы: фотометр аналитический медицинский,исследуемые растворы(концентрации даны ниже в таблицах), секундомер.

Теория метода:

Прохождение света через вещество ведет к возникновению колебаний электронов атомов среды под действием электромагнитного поля волны и сопровождается потерей энергии волной, которая тратится на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, посылаемых электронами, частично она может переходить в другие виды энергии, например, во внутреннюю энергию тела (в тепло). Поэтому интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается, свет поглощается в веществе.

Опыт показывает, что интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается по экспоненциальному закону (закон Бугера):

I=I₀*exp(-ad)

Здесь I₀ - интенсивность волны, вступающей в вещество, I - интенсивность света, прошедшего слой вещества толщиной d, a - коэффициент поглощения, зависящий от свойств поглощающего вещества.

Вавилов установил, что закон Бугера выполняется в крайне широких пределах изменения интенсивности света (10²⁰ раз).

Численное значение коэффициента поглощения обратно пропорционально толщине слоя d, после прохождения которого интенсивность плоской волны убывает в e (2,7182818) раз.

Коэффициент поглощения a зависит от длины волны падающего света. У вещества, атомы которого практически не воздействуют друг на друга (газы и пары металлов при невысоком давлении), коэффициент поглощения для большинства длин волн близок к нулю и лишь для узких спектральных областей обнаруживает узкие максимумы. Эти максимумы соответствуют резонансным частотам колебаний электронов внутри атомов. В случае многоатомных молекул обнаруживаются также частоты, соответствующие колебаниям атомов внутри молекул. Но, поскольку масса атома много больше массы электрона, эти молекулярные частоты намного меньше атомных (и находятся в инфракрасной части спектра). Газы при высоком давлении, жидкости и твердые тела дают широкие полосы поглощения.

По мере повышения давления газов максимумы на кривых зависимости коэффициента поглощения от длины волны света становятся все более и более расплывчатыми и приближаются к спектрам жидкостей. Это показывает, что на поглощение света влияет взаимодействие атомов или молекул друг с другом.

В тех случаях, когда имеет место поглощение света молекулами вещества, растворенного в практически не поглощающем растворителе, коэффициент поглощения оказывается пропорциональным числу поглощающих молекул на единицу длины пути, то есть, пропорционален концентрации вещества с: a=Ас, и обобщенный закон Бугера (или закон Бугера — Ламберта — Бера) будет выглядеть следующим образом: I=I₀*exp(-Acd), где А - новый коэффициент, не зависящий от концентрации, и характерный для молекул поглощающего вещества.

Для характеристики прозрачности (или непрозрачности) веществ принято использовать помимо коэффициента поглощения понятие оптической плотности Е (иногда ее называют экстинкцией раствора). Оптическая плотность характеризует ослабление света, вызванное как поглощением, так и рассеянием света в веществе. Для неотражающего слоя вещества оптическая плотность Е = lg(I₀ /I) = K_ld,

Где I₀, I - интенсивности излучения падающего на слой вещества толщиной d и прошедшего через него соответственно, K_l - показатель поглощения среды для длины волны l, связанный с удельным показателем поглощения в законе Бугера соотношением K_l= 2,303 a_l

Оптическая плотность может быть определена и как логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания слоя вещества t [t= (I /I₀)*100%]

Е = lg(1/t).

Принцип действия фотометра:

Работа фотометра основана на измерении коэффициента пропускания t (l) исследуемого образца в спектральном интервале, выбранном с помощью одного из светофильтров, и определяется по формуле:

t(l)=Ф_пр(l)/Ф_пад(l) (1)

где Ф_пр(l) – интенсивность потока излучения с длиной волны l, прошедшего через образец;

Ф_пад(l) – интенсивность потока излучения с длиной волны l, падающего на образец.

В качестве Ф_пад(l) используется интенсивность потока излучения, прошедшего через холостую пробу, т.е. пробу, пропускание которой принимается равной 1.

При двухволновой методике коэффициент пропускания т образца определяется по формуле:

t=t(l_изм)/ t(l_фона) (2)

где t(l_изм), t(l_фона) – коэффициенты пропускания образца соответственно на длине волны излучения l_изм и фона l_фона , определяемые по формуле (1).

Оптическая плотность Е образца определяется по формуле:

E=-lgt (3)

где t -коэффициент пропускания, определяемый по формуле (1) или (2).

Из формул (2) и (3) следует, что оптическая плотность при двухволновой методике определяется по формуле:

E=-lgt(l_изм) + lgt(l_фона)=E(l_изм)-E(l_фона) (4)

где E(l_изм), E(l_фона) - оптическая плотность образца, соответственно на l_изм, l_фона.

При работе по двухволновой методике фотометр автоматически проводит измерение оптической плотности на зрительной длине волны излучения l_изм, затем на длине волны фона l_фона. Затем по формуле (4) вычисляет оптическую плотность образца без фоновой окраски.

Концентрация по фактору С вычисляется по формуле:

C=F*E, (5)

где F - вводимый с клавиатуры коэффициент (фактор) со значением от 0,001 до 9999;

Е - оптическая плотность образца, определяемая по формуле (3).

Концентрация по стандарту С вычисляется по формуле:

C_ст=C_i+((C_i+1-Ci)/(E_i+1-E_i))*(E_i+1-E_i) (6)

где C_i,C_i+1 - концентрация соответственно i и i+1 калибровочных проб;

E_i, E_i+1 - оптические плотности i и i+1 калибровочных проб, соответственно ближайшие меньшая и большая оптической плотности исследуемого образца; 1=1..6 - номер калибровочной пробы.

При значении оптической плотности образца, большем или равным наибольшему значению оптической плотности калибровочных проб Е>Е_{i max}, в формуле (6) принимается:

i= i_max-1

При значении оптической плотности образца Е<Е_{i min},где Еi min - наименьшее значение оптической плотности калибровочных проб, в формуле (6) принимается:

i= C_i= Е_i=0

Ход работы.

1) Измерение коэффициента пропускания t.

а) Измерить коэффициент пропускания растворов поваренной соли

для растворов четырёх различных концентрации (не
считая нулевой пробы).

б) Результаты измерений занести в таблицы вида: растворы соли:

600nm

Конц.	1/1000	1/500	1/100	1/10
T%	100,7	100,8	99,8	98,2
Abs	-001	-003
C		-004

540nm

Конц.	1/1000	1/500	1/100	1/10
T%	99,9	99,7	99,1	95,3
Abs
C

510nm

Конц.	1/1000	1/500	1/100	1/10
T%	99,4	99,4	99,7	84,3
Abs
C

460nm

Конц.	1/1000	1/500	1/100	1/10
T%	99,8	98,4	90,6
Abs			0,43
C			0,55

420nm

Конц.	1/1000	1/500	1/100	1/10
T%	97,5	96,5	87,1	43,9
Abs	0,13	0,17	0,61
C	0,15	0,21	0,80

Другой раствор:

420nm

Конц.	1/20	1/50	1/10	1/1
Т%	95,3	98,5		77,8
Abs	0,26	0,09	0,33
C	0,30	0,1	0,4

460nm

Конц.	1/20	1/50	1/10	1/1
Т%	99,1	99,2	98,7	88,8
Abs	0,06	0,02	0,07	0,51
C	0,07	0,03	0,09	0,61

510nm

Конц.	1/20	1/50	1/10	1/1
Т%	98,8	98,4	97,2	83,9
Аbs	0,06	0,08	0,16	0,77
C	0,07	0,1	0,19	0,94

540nm

Конц.	1/20	1/50	1/10	1/1
Т%	99,3	99,7	100,4	77,6
Abs	0,04	0,02
C	0,05	0,01

600nm

Конц.	1/20	1/50	1/10	1/1
Т%		97,6	92,9
Abs	0,21	0,08	0,3
C	0,28	0,1	0,38

Вывод: в ходе работы я ознакомилась с прибором, изучила его характеристики,исследовала поглощение света в двух растворах,с разными концентрациями и на разных светофильтрах. Результаты занесла в таблицу.

Дата добавления: 2015-09-30