Изучение поглощения света

Белорусский государственный университет 
 

Лабораторная работа № 7  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент 7 группы 
Вишняков Иван 
 
 
 

Минск 2011

Тема  работы:  
Изучение поглощения света.

Цель  работы: 

Изучить поглощение света растворами растворами CuSО₄ в различной концент- 
рации для различных длин волны, определить концентрацию неизвестного образца и оценить оптическую плотность раствора родамина 6Ж. 

Приборы и материалы:  
Лабораторная установка, оснащенная источником света, светофильтрами и колориметром, набор растворов CuSО₄ концентрацией 2%, 4%, 6%, 8%, раствор CuSО₄ неизвестной концентрации, раствор родамина 6Ж.

Схема установки: 
Лабораторная установка имеет следующий вид:

Рисунок 1. Схема лабораторной установки, где 1 – переключатель светофильтров, 2 – кюветное отделение, куда помещаются растворы, 3 – ручка переключения кювет, 4 – ручка включения фото-приемников, 
5 – микроамперметр, 6 и 7 – ручки калибровки амперметра.   

Расчетные формулы:  
В дифференциальной форме закон поглощения света описывается формулой

                         dl_x = - α_λl_xdx,              (1)

где dl_x - изменение интенсивности, α_λ- коэффициент поглощения света, зависящий от длины волны, l_x - интенсивность света.  
Для слоя вещества, интегрированием получается формула:

                        I = I₀e^-αλlxd,      (2)

где I - интенсивность света, прошедшего через слой вещества, толщиной  d. С учетом от-ражения пучка на границе раздела сред, получается формула

                        I = I₀(1-ρ_λ)²e^-αλd ,     (3)

где ρ_λ – коэффициент отражения, зависящий от длины волны падающего на границу раздела двух сред света.

Для случая раствора поглощающего вещества в прозрачной растворителе коэффициент поглощения α_λ прямо пропорционален концентрации С растворённого вещества,т.е. α_λ=A_λ∙C, где A_λ – постоянная, не зависящая от концентрации величина – молекулярный коэффициент поглощения:

                          ,     (4)

Измеряемые в эксперименте коэффициент пропускания и оптическая плотность D определены следующим образом:

                               ,      (5)

                              ,     (6)

Коэффициент поглощения из этих формул выражается как

                              .      (7) 

Результаты  измерений: 
В ходе эксперимента получены следующие данные:

Таблица 1. Результат измерения коэффициента пропускания растворов CuSO₄ в различных концентрациях для света с длиной волны 540 нм и 590 нм в сравнении с водой.

Таблица 2. Результат измерения коэффициента пропускания τ раствора родамина 6Ж для различных длин волны и расчитанная соответствующая оптическая плотность раствора и коэффициент поглощения.

Результат:

Рисунок 2. График зависимости коэффициента пропускания τ от концентрации раствора CuSO₄ C для света 540 и 590 нм.

Рисунок 3. График зависимости коэффициента поглощения раствора родамина 6Ж от длины волны. 

Определенная  по графику неизвестная концентрация C_x составляет 5%. 

Вывод: 
 
В ходе работы было изучено поглощение света растворами CuSO₄ и родамина 6Ж, определена неизвестная концентрация C_x одного из растворов, которая составляет 5%. По невнимательности в ходе выполнения работы был упущен пункт об определении коэффициента поглощения раствора родамина, и не был измерен необходимый для этого параметр – толщина слоя раствора, через который проходит свет, d. Для построения графика его пришлось оценить по памяти в 5 см. Из формулы определения коэффициента (7) следует, что полученный в таком случае коэффициент α_λ расчитан с точностью до некого коэффициента поправки k, и на вид графика зависимости это не повлияет. В любом случае, для определения спектра поглощения использованный метод слишком груб. Его можно несколько уточнить, если использовать больше опорных точек для разных длин волны, или использовать более совершенный спектрометр. Кроме того, был получен странный результат: в растворе родамина для света 670 нм коэффициент τ в сравнении с водой превысил 1,0 (прибор зашкалил). Возможное объяснения этого явления – некоторая загрязненность воды в эталонной кювете. Однако в целом, спектр соответствует красному оттенку красителя.