Интенсивностью света называется отношение энергии, переносимой светом через площадь, перпендикулярную световому лучу, к продолжительности времени переноса и к размеру площади.

Установим закон поглощения света веществом. Направим на плоскую поверхность параллельный пучок света (Рис 4.2.3). Пусть I₀ –интенсивность падающего света на вещество толщиной l. На расстоянии x от поверхности мысленно выделим бесконечно тонкий слой вещества dx. Интенсивность света dl, поглощенного этим слоем, пропорциональна интенсивности падающего на него света I и количеству атомов, находящихся в этом слое, которое пропорционально толщине слоя dx: dI = -χIdx. Знак минус означает, что интенсивность света уменьшается. Коэффициент пропорциональности χ характеризует поглощение света в слое единичной толщины и называется коэффициентом поглощения. Интегрируя последнее равенство и подставляя соответствующие пределы, получим

.

(4.2.19)

После интегрирования получим: lnI – lnI₀ = χ l. Отсюда

.

(4.2.20)

Из этой формулы видно, что коэффициентпоглощения есть величина обратная толщине такого слоя вещества, который ослабляет интенсивность света в е раз. Это уравнение носит название закона Бугера.

Для растворов показатель поглощения пропорционален концентрации вещества С, то есть χ = ε С, где ε - показатель поглощения света на единицу концентрации вещества или молярный коэффициентпоглощения. Подставляя это значение в закон Бугера, получим закон Бугера - Ламберта - Бера

(4.2.21)

Если перейти от натурального логарифма к десятичному, то получим закон тот же закон Бугера – Бера - Ламберта

.

(4.2.22)

Прологарифмируем:

,

(4.2.23)

где D называется оптической плотностью вещества, а ε’ отличается от ε только численным значением, связанным с переходом от натурального логарифма к десятичному. Оптическая плотность раствора пропорциональна концентрации вещества в растворе и толщине слоя, в котором происходит поглощение. Оптическая плотность характеризует поглощающую способность вещества. Если свет поглощается сложной системой (например, биологической тканью), то общая величина оптической плотности такой системы равен сумме оптических плотностей составляющих ее компонентов, что объясняется независимостью акта поглощения фотонов одним компонентом от свойств другого компонента.

Отношение называется коэффициентом пропускания. Очевидно, что

Оптическая плотность, равная 1, соответствует пропусканию 0,1 или 10%. Если D = 2, то Т = 1% и т.д.

Коэффициент поглощения и оптическая плотность зависят от длины волны.

Спектры поглощения

Зависимость оптической плотности от длины волны называют спектром поглощения. График этой зависимости представляет собой кривую с максимумами в определенных интервалах длин волн, в которых происходит сильное поглощение света данным веществом. Эти интервалы называют полосами поглощения. У прозрачных тел (вода, стекло) полосы поглощения находятся в инфракрасной или в ультрафиолетовой части спектра. У белков максимум поглощения соответствует 250 нм, у нуклеиновых кислот – 60 нм и т.д. Зеленое тело поглощает свет во всех участках видимого спектра, кроме зеленого.

Наибольшей простотой отличаются спектры одноатомных разреженных газов или паров металлов. Они состоят из отдельных узких линий и называются линейчатыми. Это обусловлено тем, что отдельный атом может поглотить квант света только при условии, что его энергия в точности равна разности энергий между определенными электронными уровнями.

Спектры газов, состоящих из многоатомных молекул (молекулярные спектры), значительно сложнее атомных, что обусловлено большим разнообразием движений и, следовательно, энергетических переходов в молекуле. Это приводит к тому, что спектры поглощения молекул состоят из широких полос, разделенных широкими же промежутками. Такие спектры называют полосатыми.

Рис.4.2.4. Спектры линейчатые(а) и непрерывные (б).