Fény kölcsönhatása az anyaggal:

Átírás

1 Fény kölcsönhatása az Fény kölcsönhatása az : szórás, abszorpció, emisszió Kellermayer Miklós Fényszórás A fényszórás mérése, orvosi alkalmazásai Lord Rayleigh ( ) J 0 Light Fényforrás source Rayleigh szórás R Vizsgáló J s rezonáló diopólusok által Szóró centrumok egymástól távol (nincs interferencia) Rugalmas ütközés: fotonenergia nem változik J s = J 0 8π 4 Nα 2 λ 4 R 2 ( 1 + cos 2 Θ) Js=szórt fény intenzitása J0=beeső fény intenzitása N=szóró részecskék száma α=polarizálhatóság λ=hullámhossz R=távolság a vizsgáló és szóróközeg között Θ=szög monokromatikus polarizált Turbidimetria: u.a. mint az abszorbanciamérés (l. később) Erős hullámhosszfüggés a szórt fényben a rövid hullámhosszak dominálnak kék ég Ha a szóró centrumok egymással kölcsönható atomok hullámhossz-méretű halmazai interferencia, kioltás esőcseppek kiszürkülnek (felhők) Nefelometria (klinikum): a minta kismértékben szór koncentrációfüggés immunkomplexek koncentrációmérésére alkalmas

2 Fény kölcsönhatása az Általános sugárgyengítési törvény J 0 J J<J 0 Beeső intenzitás Rétegvastagság : elnyelés (absorbere, lat., elnyelni) J J-ΔJ Egy mennyiség (J) és annak megváltozása (ΔJ) egymással arányosak: ΔJ=-μΔxJ Exponenciális függvény: J=J 0e -μx μ = sugárgyengítési együttható D = felező rétegvastagság Rétegvastagság Az abszorpció paraméterei és mérése Fényabszorpció atomi és molekuláris mechanizmusai Abszorbancia (A): A = lg J 0 J = lge μ x Dimenzió nélküli szám Szinonímák: extinkció, optikai denzitás (OD), optikai sűrűség Transzmittivitás (T): Fotometria ( fénymérés ): Fényforrás Monokromátor T = J J Minta (J) Referencia (J0) Százalékban (%) fejezzük ki Szinoníma: transzmissziós tényező ika Detektor Számítógép Gerjesztett Közbülső Legalacsonyabb magasabb energiájú ( gerjesztett ok) Atomok esetében diszkrét (kvantált) fotonenergiák

3 Molekulaszerkezet Molekula energiája Molekula: kovalens kötéssel összekapcsolt atomok Legegyszerűbb eset: kétatomos molekula (pl., hidrogénmolekula) Max Born ( ) J. Robert Oppenheimer ( ) Born-Oppenheimer - közelítés: E total = E e + E v + E r A molekulák vibrációs és rotációs mozgásokat végeznek! Példák a vibrációs mozgásra háromatomos (metilén) csoportban (-CH 2-): Vibráció: kovalens kötés mentén történő periodikus mozgás Rotáció: kovalens kötés tengelye körüli periodikus mozgás Aszimmetrikus nyúlás Szimmetrikus nyúlás Ollózás Fontos megjegyzések: Energia ok egymástól függetlenek (csatolás elhanyagolható) Állapotok energianívói kvantáltak Átmenetek energia csomag elnyelésével/kibocsátásával járnak Energiaszintek közötti különbségek nagyságrendje különbözik: ~100x ~100x E e > E v > E r ~3x10-19 J (~2 ev) > ~3x10-21 J > ~3x10-23 J Energia ok ábrázolása A fényabszorpció hullámhosszfüggő Magyarázat: atom és és molekulaszerkezet! ek (vastag vonalak) Jabłoński-féle termséma: egy molekula elektronait, és a közöttük végbemenő átmeneteket (nyilakkal) mutatja Vibrációs ek (vékony vonalak) Első gerjesztett Alap Alexander Jabłoński ( ) s átmenetek Abszorbancia maximumok Hullámhossz (nm) Hemoglobin spektruma A moláris extinkciós együttható (ε λ) mértékegysége (SI): m 2 mol -1 Koncentrációmérésre alkalmas módszer A hullámhossz alapján az energiaátmenet nagysága kiszámítható: Általános sugárgyengítési törvény: A = lg J 0 J = lge μ x Híg oldatokra - Lambert-Beer törvény: A λ = lg J 0 J = ε λ c x ε λ = moláris extinkciós együttható c = koncentráció E 2 E 1 = E foton = h f = h c λ

4 A sávos színkép eredete s spektroszkópia Egyedülálló atomok Molekulák Vonalas színkép A fényforrás spektrumában megjelenő keskeny eloszlású hiányok: vonalak Sávos színkép - eredete: kémiailag ugyanolyan molekulák eltérő energiaban vannak hőmozgás oldatkörnyezet Abszorbancia Szénmonoxihemoglobin Oxihemoglobin Dezoxihemoglobin Hullámhossz (nm) Spektrum: intenzitás (vagy származtatott mennyiségei, pl. OD) a fotonenergia (vagy származtatott mennyiségei, pl. frekvencia, hullámhossz) függvényében. Spektroszkópia: a spektrum kvalitatív elemzése. Spektrometria, spektrofotometria: a spektrum kvantitatív elemzése. Alkalmazások: kémiai szerkezetvizsgálat, koncentrációmérés, stb. Fény kölcsönhatása az A fényemisszió eredete : kibocsátás 1. Termikus (feketetest) sugárzás 2. Lumineszcencia Mechanizmus: atomok, molekulák hőmozgása Mechanizmus: gerjesztett i energia kibocsátása

5 Fényemisszó gerjesztett atom által s spektroszkópia alkalmazása Gerjesztett Nagy energiájú foton emissziója Lángfotometria Alkáli fémek kvalitatív és kvantitatív meghatározása Klinikum: szérum ionok (Na +, K + ) meghatározása Közbülső Legalacsonyabb Kis energiájú foton emissziója Vonalas emissziós spektrum: