Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény"

Rezső Bertalan Fülöp
5 évvel ezelőtt
Látták:

Orvosi iofizika I. Fénysugárzásanyaggalvalókölcsönhatásai. Fényszóródás, fényabszorpció. Az abszorpciós spektrometria alapelvei. (Segítséga 12.

1 Orvosi iofizika I. Fénysugárzásanyaggalvalókölcsönhatásai. Fényszóródás, fényabszorpció. Az abszorpciós spektrometria alapelvei. (Segítséga 12. tételmegértéséhezésmegtanulásához, továbbá a Fényabszorpció gyakorlathoz.) 8. előadás, október 27. Veres Dániel 12. vizsgatétel Hogyan hathat kölcsön a fény atomokkal, molekulákkal? Alapfogalmak:Fényszóródás, Rayleigh-szórás, Mie-szórás, fényelnyelődés. elenségek: Kék ég, fehér és szürke felhők, átlátszóság. Fizikai mennyiségek:fényintenzitás (), elektromos dipólusmomentum(p), abszorbancia(a). Törvények, összefüggések és a hozzájuk vezető út:a fényintenzitás gyengülése közegen való áthaladáskor. A szórt fény intenzitásának a hullámhossztól való függése. Lambert eer-törvény. Alkalmazások:Statikus fényszórás és abszorpció mérés, abszorpciós spektrometria, koncentráció meghatározás. Sötétlátóteres mikroszkóp. IsmétlésI. -Fény IsmétlésI. -Fény Mi a fény? látható elektromágneses hullám Hullám: adott mennyiség periodikus változása TÉRN és IDŐN lektromágneses hullám esetében változik az: elektromos tér erőssége() és a mágneses indukció( térerősség )() F = q F L = q v lektromos térerősség: az erőtérben az egységnyi töltésre ható erő. A mágneses indukciót ( térerősséget ) elektromos áramok (mozgó töltések) generálják: ez lehet makroszkopikus áram egy vezetékben, vagy mikroszkopikus áram az atom körül mozgó elektronok révén. 2 π sin x + ϕ λ 2 π sin x + ϕ λ = A 0 = A 0 2 π sin t + ϕ T 2 π sin t + ϕ T = A 0 = A 0 IDŐ és TÉR: ε = h f N ε = λ c = λ f = A t egy adott helyen egy adott időpillanatban idő(t) hely (x) 1 f = T Látható: 400 nm 800 nm

egységnyi elektromos térerősség által létrehozott dipólus nagyságával egyezik meg d = α q d +

Pályaelektronok potenciális energiája Rotációs állapotok 2. gerjesztett állapot 1.

2 Ismétlés II. Anyag : Atomok és Molekulák Dipólusmomentum vektor nagysága: d = d q Polarizálhatóság (α): az egységnyi elektromos térerősség által létrehozott dipólus nagyságával egyezik meg d = α q d + - Ismétlés II. Atomok és Molekulák Atomok és molekulákelektronikusés vibrációs energiaszintjei Pályaelektronok potenciális energiája Rotációs állapotok 2. gerjesztett állapot 1. gerjesztett állapot Vibrációs állapotok Alapállapot ~1 ev ~ ev Molekuláknák: + vibráció és rotáció ~ ev KölcsönhatásOK ismétlés KölcsönhatásOK ismétlés Kísérlet 1.

hullámhossz beesési szög anyagi minőség(törésmutató...) egyenlőség igaz HAa beesési szög 0, anyag átlátszó (ld.

3 KölcsönhatásOK Visszaverődés Tökéletes Tökéletesen diffúz Vegyes sima, érdesség nincs(<λ) Érdes Visszaverődési tényező ρ λ KölcsönhatásOK Visszaverődés = ρ λ beeső ( λ) = visszavert( λ) visszavert( λ) beeső ( λ) n = n n 1 + n1 függ: hullámhossz beesési szög anyagi minőség(törésmutató...) egyenlőség igaz HAa beesési szög 0, anyag átlátszó (ld. később) (egyébként bonyolultabb az összefüggés) KölcsönhatásOK KölcsönhatásOK Szóródás 1. Rugalmas szóródás (fotonenergia nem változik) Kísérlet 2. d + - q

KölcsönhatásOK Rayleigh szórás kis (<λ/10), egyedi molekulák egyedi oszcillációk,

atomcsoportok, molekulák (együttes méret> λ/10) koherencia, erősítő interferencia 0

λ: hullámhossz ( ) R: megfigyelő-szóró elemek távolsága β: megfigyelő-sugárforrás

erős előreszórás méret függés: méret nő: szórt fény intenzitása nő méret tovább nő

4 KölcsönhatásOK Rayleigh szórás kis (<λ/10), egyedi molekulák egyedi oszcillációk, lokális interferencia nélkül KölcsönhatásOK Mie szórás Nagyobb részecskék, atomcsoportok, molekulák (együttes méret> λ/10) koherencia, erősítő interferencia 0 N: szóró elemek száma 8 π 4 N α 2 2 ( ) 1 + cos β λ = 0 α: polarizálhatóság λ4 R 2 λ: hullámhossz ( ) R: megfigyelő-szóró elemek távolsága β: megfigyelő-sugárforrás szöge KölcsönhatásOK Rayleigh szórás Kék ég Vörös naplemente hullámhossz független erős előreszórás méret függés: méret nő: szórt fény intenzitása nő méret tovább nő (> λ*10) : szórt fény intenzitása csökken KölcsönhatásOK - Mie szórás Fehér felhők, ragyogás Szürke felhők

KölcsönhatásOK KölcsönhtásOK - Abszorpció (lnyelés) Rezonancia: indukált oszcilláció energia szintek Atomok és

Rugalmatlan szórás(fotonenergia(ε) változik) Raman szórás Stokes: szórt ε csökken Anti-Stokes: szórt ε nő (energia-elnyelés a

5 KölcsönhatásOK KölcsönhtásOK - Abszorpció (lnyelés) Rezonancia: indukált oszcilláció energia szintek Atomok és molekulákelektronikusés vibrációs energiaszintjei Kísérlet 3. Pályaelektronok potenciális energiája Rotációs állapotok 2. gerjesztett állapot 1. gerjesztett állapot Vibrációs állapotok Alapállapot Molekuláknák: + vibráció és rotáció KölcsönhatásOK - szórás 2. Rugalmatlan szórás(fotonenergia(ε) változik) Raman szórás Stokes: szórt ε csökken Anti-Stokes: szórt ε nő (energia-elnyelés a vibrációs energiaszint-különbség szerint) gerjesztett állapot élettartama rövid(~fs) KölcsönhatásOK - Összefoglalás Rayleigh szórás Mie szórás Visszaverődés Átmenő (áteresztett) Raman szórás Melyik egy adott fotonnál? Valószínűségek! függ: hullámhossz beesési szög anyagi minőség

6 Intenzitás csökkenése Gyengülési törvény. Áteresztőképesség, Optikai denzitás (λ) = 0(λ) e -µ(λ) x (λ) (λ) (λ) = 0(λ) e -µ(λ) x : Intenzitás μ: gyengítési együttható x: rétegvastagság (felületre merőlegesen) ( λ) T = (%) 0 0( λ) OD = log = log e µ x T: áteresztőképesség (transzmissziós tényező) OD: optikai denzitás. Abszorpció Átlátszóság Lambert-eer törvény 0( λ) A = log = loge µ x = ε ( λ) Feltételek!!! nincs szórás (híg) van elnyelés (színes) (λ) = 0(λ) e -µ(λ) x (λ) c x μ: abszorpciós együttható ε: (dekadikus) moláris extinkciós együttható c: koncentráció (Visszaverődés) Átmenő

Mennyiség Abaszobancia Abszorpciós spektrum 0 A = log = ε Hullámhossz (nm) Minőség c x Pályaelektronok potenciális

7 nergia adag összenergiája N ε λ = = A t A t Spektrum,,,... ε ε f λ Az energia energia adagok szerinti eloszlása nergia adag ε,f,λ,1/f. Mennyiség Abaszobancia Abszorpciós spektrum 0 A = log = ε Hullámhossz (nm) Minőség c x Pályaelektronok potenciális energiája Spektrális vonalkiszélesedés Abszorpciós spektrum mérése Monokromátorok: Prizma: refrakció előny: teljes intenzitás felbontása Optikai rács: diffrakció(interferencia kép) előny: lineáris ( szellemfonalak : felharmónikusok)

Fényszórás mérése Koncentráció meghatározására: Turbidimetria:(nagyobb szórt

intenzitás) szórt fény intenzitásának mérése adott szögben Részecskeméret és

intenzitásának mérése adott szögben szórt fény intenzitás időbeli változásának

intenzitásának mérése sok, ismert szögben Szín- abszorpció Komplementer

595-650 560-590 500-560 490-500 480-490 435-480 380-435 vörös narancs sárgás

8 Fényszórás mérése Koncentráció meghatározására: Turbidimetria:(nagyobb szórt intenzitás) OD mérése(feltétel: nincs abszorpció) Nefelometria:(alacsony szórt intenzitás) szórt fény intenzitásának mérése adott szögben Részecskeméret és geometria meghatározására: Dinamikus fényszórásmérés:(méret) szórt fény intenzitásának mérése adott szögben szórt fény intenzitás időbeli változásának felhasználásával Statikus fényszórásmérés:(méret, geometria) szórt fény intenzitásának mérése sok, ismert szögben Szín- abszorpció Komplementer (kiegészítő) színek Hullámhossz (nm) lnyelt szín Kiegészítő szín vörös narancs sárgás zöld zöld kékes zöld zöldes kék kék ibolya kékes zöld zöldes kék lila vöröses lila vörös narancs sárga sárgás zöld Színek?

Hasonló dokumentumok

Abszorpciós spektroszkópia

Tartalomjegyzék Abszorpciós spektroszkópia (Nyitrai Miklós; 2011 február 1.) Dolgozat: május 3. 18:00-20:00. Egész éves anyag. Korábbi dolgozatok nem számítanak bele. Felmentés 80% felett. A fény; Elektromágneses