Определение неизвестной концентрации окрашенного раствора при помощи колориметра КФО

Практическая работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКРАШЕННОГО РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ КОЛОРИМЕТРА КФО

для подготовки  по направлению № 280700.62 «Техносферная безопасность» профиль № 280704.62 «Инженерная защита окружающей среды»

При выполнении данной лабораторной работы студенты приобретут следующие навыки:

1.  изучат основы фотоколориметрии;
2. овладеют аппаратным обеспечением колориметра КФО;
3. научатся измерять коэффициенты пропускания окрашенного раствора;
4. научатся определять неизвестные концентрации окрашенного раствора.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Физика взаимодействия света с веществом

Взаимодействие света и среды в общих чертах можно представить следующим образом. Электромагнитное поле световой волны воздействует на заряженные частицы среды, заставляя их совершать вынужденные колебания на частоте поля. При этом часть энергии светового поля передается частицам – световая волна поглощается. Колеблющиеся электроны, в свою очередь, становятся источниками вторичных световых волн. Интерференция этих волн приводит к тому, что скорость распространения света в среде становится меньше, чем скорость света в вакууме и, кроме того, зависит от частоты световой волны. Это явление называется дисперсией света.

В обычных условиях число атомов столь велико и расположены они настолько близко друг к другу, что вещество ведет себя как сплошная среда.

Дисперсия и поглощение света. Закон Бугера

Явление дисперсии и поглощения света описываются на языке модели сплошной среды.

Выделим действительную и мнимую части комплексного показателя преломления с помощью формулы

[pic 1]                                                (1)

Мнимая часть показателя преломления определяет затухание световой волны, а действительная часть – фазовую скорость распространения света в среде  [pic 2] .

Интенсивность света описывается формулой:

[pic 3],                                               (2)

где  обычно вводят специальное обозначение:  

[pic 4] .                                                   (3)

Коэффициент  b  носит название коэффициента поглощения света. Формула

[pic 5]                                                   (4)

известна как закон поглощения света (закон Бугера).

Закон Бугера определяет ослабление пучка монохроматического света при его распространении через слой поглощающей среды толщиной  x , в частном случае – через раствор поглощающего вещества в непоглощающем растворителе.

Коэффициент поглощения зависит от частоты поглощаемого света, или от длины волны. Закон был экспериментально установлен в 1729 г. П. Бугером, а в 1760 – теоретически выведен И. Ламбертом. Поэтому часто закон поглощения света называют законом Бугера – Ламберта.

[pic 6]

Для определения концентрации окрашенного раствора используется явление поглощения света при прохождении через поглощающий раствор. Пусть на плоскую поверхность поглощающего вещества по нормали падает свет интенсивности  I0 (рис.2). Закон Бугера (4) для интенсивности прошедшего света можно записать как

[pic 7]                (5)

На рис.1 приведен график данной экспоненциальной зависимости. Если перейти от натуральных логарифмов к десятичным, то для толщины поглощающего слоя   l  получим

[pic 8].                        (6)

Обозначив  b' = 0,4343 b·l , запишем закон Бугера в виде

[pic 9]   ,                                                     (7)

где  b' – коэффициент поглощения, зависящий от рода поглощающего вещества и длины волны падающего света.

Отношение интенсивностей называется коэффициентом пропускания вещества, или прозрачностью: