АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Оптическая плотность (экстинкция)

Прочитайте:
  1. Взаимная спектральная плотность
  2. Оптическая аграфия
  3. Оптическая алексия
  4. Оптическая анизотропия
  5. Оптическая система глаза
  6. Плотность Мышц и Гиперплазия
  7. Поражения зрительной коры и оптическая агнозия
  8. Регистрация спектров испускания. Обобщенная оптическая схема спектрального прибора
  9. Светооптическая микроскопия

По мере увеличения размеров частиц интенсивность рассеянного света перестает возрастать в зависимости от объема V частиц [см. формулу (8.2)], и рассеяние становится неравномерным.

Рассеяние света, схема которого приведена на рис. 8.1, б, отличается от рэлеевского и имеет место тогда, когда размеры частиц лежат в диапозоне

0,1λ< a ≤λ. (8.6)

Если размер частиц соизмерим с длиной волны, то основной причиной рассеяния света становится дифракция. Дифракция заключается в огибании лучом света частиц дисперсной фазы. С учетом длины волны видимого света можно считать, что диапазон размеров частиц, для которых справедливо условие (8.6), колеблется в пределах 38—760 нм, т.е. он соответствует относительно крупным частицам высокодисперсных и относительно небольшим частицам среднедисперсных систем.

Взаимодействие света с веществом определяется законами геометрической оптики, если размеры частиц больше длины волны

a > λ. (8.7)

Особенности воздействия света на частицы относительно больших размеров обусловлены интерференцией отраженных и преломленных лучей на границе раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой. С учетом классификации частиц-дисперсной фазы по размерам (см. табл. 1.3) можно заключить, что условие (8.7) выполняется для грубодисперсных и отчасти для cреднедисперсных систем.

Условия (8.1), (8.6) и (8.7) определяют особенности воздействия света на частицы дисперсной фазы в зависимости от соотношения между длиной волны света и размерами частиц.

Оптические свойства дисперсных систем, способных к поглощению света, можно характеризовать по изменению интенсивности света, прошедшего через эту систему. Если интенсивность падающего света обозначить через J0(pиc. 8.2), а интенсивность рассеянного света — Jр, то Jпрбудет характеризовать интенсивность прошедшего света. Интенсивность прошедшего света в отношении отдельных частиц определяется на основе закона Бугера — Ламберта:

Jпр= J0 е–ка = J0– Jпог, (8.8)

где к — коэффициент поглощения; а — размер частиц дисперсной фазы.

 

Интенсивность прошедшего света можно представить как разности между интенсивностью падающего J0и поглощенного веществом Jпогсвета. Коэффициент поглощения можно рассматривать как величину, обратную расстоянию, на котором интенсивность света снижается в е раз, т.е. до 37% от первоначального значения J0. Так, для 1%-го раствора некоторых полимеров это расстояние соответствует примерно 10 м.

Для оценки соотношения интенсивности прошедшего и падающего света можно воспользоваться уравнением (8.8), из которого следует:

Д = lg(J0/Jпр) = 0,43 кa. (8.9)

Величину Д называют оптической плотностью или экстинкцией. Экстинкция характеризует ослабление луча света при его распространении в веществе. При рассмотрении отдельных частиц, когда соблюдается условие (8.7), экстинкция вызвана лишь поглощением света.

В отношении дисперсной системы экстинкция может отражать не только поглощение, но и рассеяние света. В этих условиях коэффициент к в уравнениях (8.8) и (8.9) отражает совокупное действие поглощения и рассеяния света. Иногда рассеянный свет рассматривают как фиктивно поглощенный и определяют суммарно поглощенный свет.

Коэффициент к зависит от массовой концентрации дисперсной фазы νми может быть представлен следующим образом:

к = к 1νм, (8.10)

где к 1— коэффициент пропорциональности, называемый мутностью.

Рис. 8.2. Взаимодействие света с дисперсной системой

Интенсивность рассеянного света, прошедшего через раствор определенной концентрации или через дисперсную систему, определяется законом Бугеpa — Ламберта — Бера, который, учитывая уравнения (8.8) и (8.10), можно записать так:

, (8.11)

где а c— толщина слоя дисперсной системы, вещества или раствора.

Если считать, что для дисперсной системы интенсивность поглощенного света равна интенсивности рассеянного (Jпр= Jпог), то учитывая уравнения (8.8)—(8.11), можно записать следующее выражение для экстинкции:

. (8.12)

При помощи формулы (8.12) можно определить экстинкцию Д и кoэффициенты к и к 1для дисперсных систем с учетом размеров их частиц и концентрации дисперсной фазы νм.

Таким образом, рассеяние света высокодисперсными системами определяется по закону Рэлея, а ослабление света дисперсными системами — по закону Бугера — Ламберта — Бера.

В реальных полидисперсных системах свойства частиц дисперсной фазы могут быть различны (например, часть частиц способна поглощать свет, а другая — рассеивать), поэтому оптические свойства таких систем будут определяться рассеянием, поглощением и отражением света, а также рядом других оптических явлений.

Особенности рассеяния света растворами высокомолекулярных соединений (ВМС) будут рассмотрены в гл. 19.

Упражнения

1. Как изменится интенсивность рассеянного света при увеличении размера частиц с 20 до 80 нм, если концентрация и плотность материала частиц, а также интенсивность падающего света остались постоянными?

Воспользуемся уравнением (8.3), которое для двух высокодисперсных систем можно представить в следующем виде:

Таким образом, при увеличении размеров частиц с 20 до 80 нм интенсивность рассеянного света снижается в 64 раза.

2. Как изменится интенсивность рассеянного света, если фруктовый сок, являющийся дисперсной системой, подвергнуть воздействию света длиной волны λ1= 430 нм и λ2= 680 нм?

Согласно формуле (8.4) для двух длин волн интенсивность рассеянного света определится по формулам

При увеличении длины падающего света с 430 до 680 нм интенсивность рассеянного света снижается в 6,25 раза.

3. Определить экстинкцию куска хлеба толщиной 12 мм, если длина волны падающего света составляет 0,6 мкм. Коэффициент поглощения в этих условиях равен 270 м-1.

Согласно формуле (8.9)

Д = lg(J0/Jпр) = 0,43 ка = 0,43 ∙270 ∙12 ∙10–3= 1,39.

4. Определить коэффициент поглощения, если поток света после прохождения дисперсной системы, толщина которой составляет 3,1 см, ослабляется в 2,7 раза, (т.е. J0/Jпр= 2.7).

Согласно уравнению (8.9)


Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 656 | Нарушение авторских прав







При использовании материала ссылка на сайт medlec.org обязательна! (0.004 сек.)