При пропускании света через слой вещества его интенсивность уменьшается. Уменьшение интенсивности является следствием взаимодействия световой волны с электронами вещества, в результате которого часть световой энергии передается электронам. Это явление получило название поглощения света. Теоретическим обоснованием этого явления стал закон Бугера-Ламберта-Бера.

Установим закон поглощения света веществом.

Пусть через однородное вещество проходит пучок параллельных монохроматических лучей длиной волны l. Выделим элементарный участок слоя вещества толщиной dl (рис.4.1). При прохождении света через такой участок его интенсивность I ослабляется. Изменение интенсивности dI пропорционально интенсивности падающего света и толщине слоя dl:

dI =- c _l Idl ,

где c _l - монохроматический натуральный показатель поглощения, зависящий от свойств среды. Знак «-» означает. что интенсивность света уменьшается.

Найдем интенсивность I_l света, прошедшего слой вещества толщиной 1, если интенсивность входящего в среду света I₀. Для этого проинтегрируем предыдущее выражение, предварительно разделив переменные:

.

В результате получим

lnI_l-lnI ₀=-c _l l ,

откуда

Это закон Бугера. Он показывает, что интенсивность света уменьшается в геометрической прогрессии, если толщина слоя возрастает в арифметической прогрессии. Натуральный монохроматический показатель поглощения является величиной, обратной расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в результате поглощения в среде в e раз.

Иногда закон Бугера записывают в виде

,

где - монохроматический показатель поглощения.

Свет различных длин волн поглощается веществом различно, поэтому показатели поглощения c_l и  зависят от длины волны.

Монохроматический натуральный показатель поглощения раствора поглощающего вещества в непоглощающем растворителе пропорционален концентрации с раствора (закон Бера):

c _l = c _l c ,

где c _l - натуральный показатель поглощения, отнесённый к концентрации вещества.

Закон Бера выполняется только для разбавленных растворов. В концентрированных растворах он нарушается из-за влияния взаимодействия между близко расположенными молекулами поглощающего вещества. Объединяя предыдущие выражения, получаем закон Бугера – Ламберта – Бера:

 или

Отношение t = I_l / I₀ называется коэффициентом пропускания.

Оптическая плотность вещества равна

Не трудно заметить, что

Закон Бугера – Ламберта – Бера лежит в основе концентрационной колориметрии: фотометрических методов определения концентрации вещества в окрашенных растворах. В концентрационной колориметрии используются методы, связанные с той или иной формой фотометрии, т.е. изменением интенсивности света. Для этой цели используют две группы приборов: объективные (фотоэлектроколориметры) и субъективные, или визуальные (фотометры).

Описание установки.

Для выполнения работы могут быть использованы универсальный фотоэлектроколориметр типа КФК-2 или более современный КФК-2МП.

В основу устройства фотоэлектроколориметра положен принцип уравнивания двух световых потоков путем изменения одного из них с помощью диафрагмы с переменным отверстием.

Если диафрагмы одинаково освещены и в одинаковой мере раскрыты, то яркость обеих половин поля зрения будут одинаковы. Если же при равенстве яркостей на пути одного светового потока, например первого, поместить объект, частично поглощающий свет, то фотометрическое равенство нарушится, так как правая половина поля зрения станет менее яркой. Для того чтобы уровнять яркость полей, необходимо ослабить интенсивность пучка, уменьшив отверстие диафрагмы, через которую он проходит.

При измерении концентрации вещества в растворах на пути одного из пучков света ставится стеклянная кювета с исследуемым раствором. Для того чтобы учесть поглощение света растворителем, на пути второго пучка ставится такая же кювета с чистым растворителем. Количество жидкостей в обеих кюветах должно быть одинаковым.

Для проведения измерений в монохроматическом свете прибор снабжён одиннадцатью светофильтрами, расположенными в револьверном диске. При повороте диска номера светофильтров появляются в его окошечке. Восемь светофильтров делят видимую область спектра на примерно равные участки шириной в среднем 40 нм. Остальные обладают более широкой полосой пропускания и делят видимую область на три части: красную, зелёную и синюю. Светофильтры характеризуются эффективной длиной волны l_эф, соответствующей максимуму коэффициента пропускания для данного светофильтра. Эффективные длины волн светофильтров и их маркировка приведены в следующей таблице.