Legea lui Buerger. Una dintre legile absorbției luminoase este legea obținută de Bouguer.
Lăsați lumina să treacă printr-un strat de materie de grosime d. intensitatea luminii la intrarea substanței I0, la ieșirea Id (figura 1). Luăm un strat arbitrar de grosime dx. Atenuarea intensității luminii în acest strat va fi notată cu dI, valoarea căreia depinde de grosimea stratului d și de intensitatea luminii I care se află pe acest strat:
unde k este coeficientul de absorbție naturală, a cărui valoare depinde de mediul absorbant și de lungimea undei luminoase și nu depinde (în anumite limite) de intensitatea luminii.
Semnul "-" indică o scădere a intensității atunci când lumina trece prin substanță.
Pentru a obține legea lui Bouguer, rezolvăm ecuația diferențială rezultată.
Integrarea ambelor părți și înlocuirea limitelor de integrare:
Reducem partea stângă la logaritmul total:
Din punct de vedere grafic, legea lui Bouguer este un exponent (figura 2)
Având în vedere dependența valorii lui k de lungimea de undă a luminii, formula din legea lui Bouguer ia forma:
unde k # 955; - un indicator monocrom de absorbție a luminii.
Legea Bouguer-Lambert-Beer. Pentru a deriva legea Bouguer-Lambert-Beer, introducem noțiunea de secțiune transversală eficientă pentru o moleculă s.
O secțiune transversală eficientă pentru absorbția unei molecule este o anumită zonă în jurul moleculei. Când un foton intră în el, acesta este capturat de o moleculă, adică va exista absorbție.
Lăsați lumina intensității I0 să cadă perpendicular pe suprafața laterală a unui paralelipiped dreptunghiular cu suprafața S (figura 3). La ieșirea unui strat de grosime d, intensitatea este Id. Într-un paralelipiped rectangular, selectăm un strat de grosime dx. volumul acestui strat va fi egal cu S · dx. Indicăm concentrația de molecule în volumul paralelipipedului cu n. atunci numărul de molecule din stratul dx va fi egal cu n · S · dx. Suprafața totală a secțiunii efective a moleculelor din acest strat va fi egală cu s · n · S · dx. și anume Dacă fotonul intră în această zonă, atunci va fi capturat de moleculă, procesul de absorbție va avea loc.
În consecință, probabilitatea interacțiunii unui foton cu moleculele stratului selectat va fi:
Adică modificarea intensității di în raport cu intensitatea luminii I. care cade pe un strat de grosime dx. va fi proporțională cu probabilitatea ca procesul de absorbție să aibă loc
Integrăm ambele părți ale ecuației:
Să presupunem că moleculele substanței absorbante sunt într-un solvent care nu absorb lumina.
unde este coeficientul de absorbție molară naturală, egal cu. și anume aceasta este secțiunea transversală efectivă totală pentru absorbția tuturor moleculelor unui mol de substanță dizolvată (semnificație fizică).
Luând în considerare legea Bouguer-Lambert-Bera are următoarea formă:
În practică, legea Bouguer-Lambert-Beer se aplică în următoarea formă:
unde este coeficientul de absorbție molară:
Pentru a elimina dependența de lungimea undelor luminoase l, se introduce un indice monocromatic de absorbție molară, apoi:
Coeficientul de transmisie și densitatea optică a soluțiilor. Raportul dintre intensitatea luminii la ieșirea substanței Id și intensitatea la intrarea I0 se numește coeficientul de transmisie t.
Logaritmul zecimal al valorii, invers la transmisie, se numește densitatea optică a soluției D:
Pe baza legii Bouguer-Lambert-Bera, s-au dezvoltat metode de determinare a concentrației de substanțe în soluții colorate (colorimetrie de concentrație).
Dependențele se numesc spectre de absorbție a materiei. Ele sunt surse de informație despre starea materiei și structura nivelurilor energetice ale atomilor și moleculelor.
Imprastierea luminii. Procesul de împrăștiere a luminii constă în abaterea în toate direcțiile a unui fascicul de lumină care trece printr-un mediu optic neomogen.
Printr-un mediu optic neomogen se înțelege un mediu transparent pentru lumină cu regiuni intercalate având un indice de refracție diferit față de mediu. Există trei tipuri de neomogenități: se utilizează metode mici de determinare a concentrației de substanțe în soluții colorate (concentrația soluției este mică, media este mare, mare.
Rayleigh a constatat că, în cazul unor neregularități mici (fum, ceață, suspensii, emulsii), precum și intensitatea difuzia moleculară a luminii dispersate este invers proporțională cu lungimea de undă a luminii al patrulea grad l (legea lui Rayleigh):
Pentru mediul mediu dispersat:
Pentru un mediu aspru dispersat:
Scăderea intensității luminii ca urmare a împrăștierii, ca în cazul absorbției, este descrisă printr-o funcție exponențială:
unde m este exponentul împrăștierii naturale.
Procesele de absorbție și împrăștiere a luminii merg simultan. Luând în considerare ambele procese, scăderea intensității luminii este determinată de următoarea funcție:
Procese fotobiologice. Procesele fotobiologice includ cele care încep cu absorbția luminii de către unul dintre biobiecte și se termină cu o anumită reacție fiziologică a organismului. Distingerea proceselor fotobiologice negative și pozitive.
Efectele fotobiologice negative în organismul uman și în animale sunt de două tipuri:
1. Efectul fototoxic provoacă leziuni la nivelul pielii sau ochilor, fără a fi însoțite de reacții alergice, manifestate sub formă de eritem, edem, pigmentare, tulburări ale lentilei etc.
2. Efectul foto-alergic include mecanismul imunologic primar.
Efectele fotobiologice pozitive includ:
- Vision.
- Fotoperiodismul este reglementarea ciclurilor diurne și anuale ale vieții unei persoane prin efecte ciclice de lumină-întuneric. Procesul este sub influența luminii vizibile. Receptorul fotoperiodic la om este ochii.
- Formarea vitaminei D din provitamine sub influența ultravioletului.
Procesele fotobiologice pot fi împărțite în mai multe etape:
1. Absorbția unui cuantum de lumină.
2. Procesele de schimb de energie intramoleculară.
3. Transferul intermolecular de energie al stării excitate.
4. Actul fotochimic primar.
5. Transformările întunecate ale produselor fotochimice primare, având ca rezultat formarea de produse stabile.
6. Reacții biochimice care implică produse fotoproductive.
7. Răspunsul fiziologic general la efectul luminii.
Biofizica se ocupă cu studiul numai a primelor patru procese și parțial a proceselor întunecate imediat după actul fotochimic primar.
Spectrul acțiunii fotobiologice. O acțiune fotobiologică este dependența efectului fotobiologic de lungimea de undă a luminii active.
Luați în considerare unul dintre tipurile de spectru al acțiunii fotobiologice. Lăsați o lumină de intensitate I0 să fie o incidență asupra celulei. la ieșirea celulei, intensitatea luminii I. Indicăm grosimea celulei cu l. În cuvă este o soluție diluată a enzimei cu o concentrație de n.
Ca urmare a procesului de absorbție, concentrația n a enzimei în soluție va scădea, prin urmare, vom scrie egalitatea:
unde este secțiunea transversală a absorbției enzimei;
- rata de schimbare a concentrației enzimelor;
- randamentul cuantic al reacției fotochimice;
semnul "-" indică o scădere a concentrației cu timpul.
Rezolvăm ecuația diferențială a primei ordini cu variabile de separare:
unde n0 este concentrația inițială a enzimei în soluție (la momentul t = 0),
Produsele I0 pentru o perioadă de timp t. - doza de iradiere, sx - secțiune transversală efectivă a moleculei pentru transformarea fotochimică.
Substituim acești parametri (D și s) în ecuația obținută mai sus și obținem:
Pentru a determina sx, un plot este reprezentat grafic, magnitudinea lui sx determina panta liniei drepte (figura 5).
Fig. 4. Dependența dozei de inactivare a enzimei.
Când a fost expus la bacterii prin ultraviolete, sa constatat că curba morții bacteriene are un maxim în regiunea de 265 nm și, de asemenea, că forma acestei curbe seamănă foarte mult cu spectrul de absorbție al acizilor nucleici. Prin urmare, sa concluzionat că moartea bacteriilor sub influența ultravioletului este asociată cu afectarea acizilor nucleici.
Trimiteți-le prietenilor: