Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
света раствором (в непоглощающем растворителе) пропорционально
молекулярной концентрации с0 растворенного вещества, т. е,
где а0 - коэффициент поглощения, характерный для молекулы растворенного
вещества и не зависящий от концентрации. Учитывая (11.35) в (11.34),
получим обобщенный закон Бугера - Беера
Выражение (11.34а) справедливо для газов и растворов весьма малой
концентрации (если растворитель является практически непоглощающим), где
можно пренебречь взаимным влиянием отдельных частиц среды (между атомами
газа или между молекулами растворенного вещества). В пределах
справедливости выражения (11.34а) можно, пользуясь им, определить
концентрацию поглощающего вещества в растворе.
Коэффициент поглощения. Сравнивая выражение (11.34) с выражением (11.20),
устанавливаем следующую связь между коэффициентом поглощения а и
параметром х:
Подобно показателю преломления, коэффициент поглощения зависит от длины
волны, т. е. поглощение носит селективный характер. Этим объясняется
окрашенность в цвета поглощающих сред. Например, стекло, слабо
поглощающее красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые, синие
и фиолетовые, при осмотре в белом свете будет окрашенным в красный цвет.
Очевидно, что если на такое стекло направить зеленый, синий или
фиолетовый свет, то из-за сильного поглощения света данной длины стекло
покажется "черным". Среду, не поглощающую свет всех длин волн в интервале
видимого света, будем называть абсолютно прозрачной.
В парах, где атомы расположены на значительных расстояниях друг от друга,
зависимость коэффициента поглощения от длины волны представляется в виде
совокупности узких спектральных линий, соответствующих частотам
собственных колебаний электронов внутри атомов. Подобная зависимость для
паров натрия представлена на рис. 11.11.
В газах, молекулы которых построены из нескольких атомов, наблюдаются
собственные частоты, соответствующие колебаниям атомов внутри молекулы и
вращению молекулы как целого вокруг оси. Эти три вида движения
(электронные, колебательные и вращательные) квантованы, причем между
соседними электронными уровнями расположен набор колебательных уровней, а
между соседними колебательными уровнями - набор вращательных уровней.
а = а0с0,
(11.35)
I -
(11.34а)
281
Частоты электронных переходов соответствуют ультрафиолетовой и видимой
областям спектра, частоты же колебательных и вращательных переходов -
ближней и дальней инфракрасной области.
Направляя на вещество излучение, имеющее сплошной спектр, и анализируя
спектральный состав прошедшего через вещество излучения, т. е. изучая
спектр поглощения (спектр абсорбции), проводят структурный анализ
вещества. Такой метод исследования носит название абсорбционной атомной и
молекулярной спектроскопии.
Так как спектр поглощения довольно чувствителен к изменениям агрегатного
состояния Еещества (спектр одноатомного газа состоит из резких линий
поглощения, спектр многоатомной молекулы - из отдельных полос; с
увеличением давления газа спектры поглощения становятся все более и более
расплывчатыми, приближаясь при высоких давлениях к спектрам поглощения
жидкостей),
то метод абсорбционной спектроскопии используется также для исследования
межмолекулярного взаимодействия.
О зависимости коэффициента поглощения от интенсивности света. В основе
вывода закона Бугера лежит основной принцип линейной оптики -
независимость характера оптических явлений (в данном случае поглощения)
от интенсивности света. Поэтому естественно, что он будет верным при
слабых световых полях. Проверка закона Бугера при разных интенсивностях
была проведена С. И. Вавиловым. Им на проведенных в широких пределах
интенсивности опытах было обнаружено некоторое отступление от закона
Бугера. В 1925 г. С. И. Вавилову и В. Л. Левшину удалось наблюдать
уменьшение поглощения света большой интенсивности при распространении в
среде (в урановом стекле).
Оказывается, при распространении через среду мощных световых потоков
прозрачность среды существенно изменяется. Некоторые среды, оптически
непрозрачные для слабого излучения, становятся прозрачными при
распространении через них мощного излучения (просветление среды).
Наблюдаются и обратные явления (затемнение среды).
Качественно изменение коэффициента поглощения под действием мощного
излучения (просветление среды) можно объяснить следую-
282
а,
Рис. 11.11
щим образом: за счет поглощения энергии мощного излучения часть атомов
(или молекул) среды переходит в возбужденное состояние. В результате
этого доля невозбужденных атомов, способных поглощать энергию внешнего
излучения, уменьшается, следовательно, уменьшается поглощательная
способность среды. Такое уменьшение становится заметным при больших
интенсивностях. Поэтому изменение коэффициента поглощения происходит
именно в сильных полях. При определенных состояниях системы коэффициент
поглощения может стать отрицательным, т. е. может происходить
отрицательное поглощение. На такое поглощение впервые указал в 1939 г.
