Закон Бера это физический закон, в основу которого лежит ослабевание пучка света при прохождении его в поглощающей среде, часто этот записывают закон Бугера Ламберта Бера.
Открытие закона Бугера Ламберта Бера принимали три ученых, французский ученый Пьер Бугер (1729), тщательно рассмотрен немецким ученым И. Г. Ламбертом (1760), и проверен на опыте немецким учёным А. Бером (1852), отсюда и название формула Бугера-Ламберта-Бера.
Этот закон был выражен следующей формулой:
На основании этого был рассчитан закон Бера выполняющийся для относительно низких концентраций. При высоких концентрациях вследствие взаимодействия между молекулами показатель поглощения становится зависимым от концентрации раствора.
Измерения в области цветного света называются колориметрией. При лабораторных исследованиях колориметрический метод применяется для определения концентрации веществ в растворах.
Исследуя поглощение монохроматического света растворами окрашенных веществ (при условии, что растворитель не поглощает свет данной длины волны), Бер показал, что оно подчиняется закону Бугера и что показатель поглощения k прямо пропорционален концентрации С вещества в растворе (закон Бера);
k = хС,
где х — есть удельный показатель поглощения (для слоя единичной толщины раствора единичной концентрации). Тогда формула закона Бугера— Бера для силы света примет вид:
Id = I0e —xCd
Чаще, используя десятичные логарифмы, формуле закона Бугера— Бера придают следующий вид:
Id = I010 —xCd .
Здесь x’ = x/2,3. Отношение Id/I0 = τ называют коэффициентом пропускания или прозрачностью раствора, а величину D = lg(I0/Id) = — lg(Id/I0) оптической плотностью (закон бугера ламберта бера оптическая плотность).
В соответствии с приведенной выше формулой оптическая плотность D = x’Cd. Следовательно, для растворов одного и того же вещества оптическая плотность D прямо пропорциональна произведению концентрации С на толщину d слоя раствора.
Если два раствора одного и того же вещества с концентрациями C1 и С2 при толщине слоев d1 и d2 поглощают свет одинаково (т. е. их оптические плотности равны; D1 = D2, то для них выполняется соотношение C1d1 = C2d2, откуда
C1/C2 = d2/d1
Следовательно, в этом случае концентрации растворов обратно пропорциональны толщинам слоев: Это соотношение и лежит в основе метода, называемого концентрационной колориметрией. Применяемые при этом приборы называются колориметрами и разделяются на визуальные и объективные (фотоэлектроколориметры).
Пройдя столб жидкости и плунжеры, свет попадает в призму П и затем в поле наблюдения, которое имеет форму двух соприкасающихся по диаметру полукругов, рассматриваемых через окуляр Ок.
Путем погружения в растворы плунжеров добиваются одинаковой яркости обеих половин поля зрения. По положению плунжеров устанавливают толщины слоев растворов в обоих стаканах. Тогда концентрация С исследуемого раствора определяется из соотношения:
С= Сст(dcТ/d) ,
где Сст— концентрация стандартного раствора, dст и d — толщины слоев стандартного и исследуемого растворов.
Колориметр типа КО-1М приведен на рис. 2,а. Он состоит из основания П, на котором укреплена подставка Б для стаканов. Вверху расположена головка Г, содержащая фотометрические призмы, диафрагму со светофильтрами и окуляр.
Снизу к подставке крепится осветитель О. Плунжеры С передвигаются с помощью зубчатых реек и маховичков М. Отсчет их положения делается по шкале, расположенной около маховичков.
На рис. 2, б показано внутреннее устройство прибора: И — лампа, Л — линза осветителя, П — матовое стекло, Д — диафрагма, 3 — направляющее зеркало, К — стаканы для раствора, С — плунжеры, М — механизм для их передвижения, НП — направляющая призма, ФП — фотометрическая призма, Ф — светофильтр, О — окуляр.
На рис. 3 (1) показан ход лучей через исследуемую среду:
При нефелометрии свет от осветителя Л, ограниченный шторкой Ш, падает на кювету сбоку. Наблюдение производится через окуляр О, призму П и столбик С, регулирующий толщину слоя раствора.
Метод основан на том, что, во-первых, яркость рассеянного света прямо пропорциональна концентрации взвешенных частиц (количеству частиц в единице объема), и, во-вторых, световой поток, исходящий из столба светящейся рассеянным светом взвеси, прямо пропорционален его высоте.
Последнее условие выполняется только при концентрациях, не превышающих 1:4. Это определяет границы применения метода.
Фотоэлектроколориметры разделяются на приборы с прямым отсчетом и компенсационные. В первом случае (рис. 3 (2), а)свет от источника И через линзу Л, светофильтр Ф и кювету с раствором К падает на фотоэлемент Ф, соединенный с измерительным прибором Г. Отклонение стрелки прибора пропорционально световому потоку, прошедшему через раствор.
Разность отклонений стрелки прибора при фотометрировании кюветы с чистым растворителем, а затем кюветы с раствором показывает долю светового потока, поглощенную растворенным веществом. По ней можно определить и его концентрацию.
В компенсационном фотоколориметре имеются две измерительные цепи (рис. 3 (2), б) и два фотоэлемента Ф1 и Ф2, включенных вместе с гальванометром Г и сопротивлениями R1 и R2 по схеме моста.
При равенстве световых потоков, падающих на оба фотоэлемента, стрелка гальванометра стоит на нуле. Если в одну из цепей поместить кювету с растворителем, в другую — с раствором, то стрелка гальванометра отклоняется.
Используя компенсационные элементы прибора, например диафрагму Д или поглощающие свет клинья К, уравнивают световые потоки, падающие на фотоэлементы. Тогда поглощенная часть светового потока определяется по шкале компенсационного устройства.
Шкала градуируется в оптических плотностях, которые при стандартной толщине слоя раствора прямо пропорциональны концентрации.
Наблюдение производится путем просвечивания хрящевого участка ушной раковины с помощью небольшой электрической лампочки накаливания, помещенной в одной из половин специального, надеваемого на ухо датчика прибора. Действие тепла от лампочки способствует расширению капилляров и ускорению тока крови, которая поэтому близка по характеру к артериальной.
Датчик гибким проводом соединен с измерительной частью И (рис. 4, б). Свет от лампочки Л1 проходит сквозь ткань Р ушной раковины и светофильтр С1 затем падает на фотоэлемент Ф1, помещенный в другой половине датчика и наиболее чувствительный в красном участке спектра.
Состав света, падающего на фотоэлемент, зависит от спектра поглощения крови, заполняющей сосуды, и изменение его регистрируется соединенным с фотоэлементом измерительным прибором.
Для того чтобы исключить влияние на результаты измерения других факторов, изменяющих главным образом силу света, прошедшего через ткани (изменение общего кровенаполнения сосудов или содержания гемоглобина в крови ит. п.), применяется второй фотоэлемент Ф2 с лампочкой Л2 и светофильтром С2.
Этот фотоэлемент наиболее чувствителен к инфракрасной части спектра и реагирует на изменение оптических свойств просвечиваемой ткани независимо от изменения ее спектра в красной (видимой) части.
Фотоэлементы включены между собой по дифференциальной схеме (навстречу), благодаря чему показания измерительного прибора прямо пропорциональны проценту насыщения крови кислородом, который и обозначен на шкале измерительного прибора. Весь прибор называется оксигемометром (регистрирующий прибор — оксигемографом).
Метод исследования оптических свойств вещества (излучательной способности, коэффициентов поглощения или отражения и т. п.) в зависимости от длины волны излучения называется спектрофотометрией. Соответствующий прибор (спектрофотометр) состоит из источника белого света, спектрального прибора (монохроматора) и фотометрического устройства в виде фотоэлектроколориметра.
Статья на тему Закон Бера