Optikai spektroszkópia az anyagtudományban 8. Raman spektroszkópia Anizotrópia IR és Raman spektrumokban

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

Vizsgálati módszerek az anyagtudományban: Infravörös és Raman spektroszkópia

Raman spektroszkópia. Történet Két leirás: Eldines, kvantumos Kiválasztási szabályok Szimmetriák Raman Intenzitás Rezonáns Raman

CD-spektroszkópia. Az ORD spektroskópia alapja

Abszorpciós fotometria

Infravörös, spektroszkópia

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Abszorpció, emlékeztetõ

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

13. Előadás. A Grid Source panelen a Polarization fül alatt megadhatjuk a. Rendre az alábbi lehetőségek közül választhatunk:

Abszorpciós spektroszkópia

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

ESR-spektrumok különbözı kísérleti körülmények között A számítógépes értékelés alapjai anizotróp kölcsönhatási tenzorok esetén

OPTIKA. Vozáry Eszter November

Bordács Sándor doktorjelölt. anyagtudományban. nyban. Dr. Kézsmárki István Prof. Yohinori Tokura Prof. Ryo Shimano

Jahn Teller-effektus Cs 3 C 60 -ban. Pergerné Klupp Gyöngyi. Matus Péter, Kamarás Katalin MTA SZFKI

Az elektromágneses hullámok

12/5/2012. Biomolekuláris szerkezet. Diffrakció, röntgenkrisztallográfia, fény- és elektronmikroszkópia. Tömegspektrometria, CD.

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

A fény tulajdonságai

2. ZH IV I.

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Optikai spektroszkópia az anyagtudományban 7. Infravörös spektroszkópia

Abszorpciós fotometria

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Optika Gröller BMF Kandó MTI

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

A csillagközi anyag. Interstellar medium (ISM) Bonyolult dinamika. turbulens áramlások MHD

Szabó Dénes Molekulák és reakciók három dimenzióban

Kristályok optikai tulajdonságai. Debrecen, december 06.

Abszorpciós fotometria

Abszorpciós fotometria

Koherens lézerspektroszkópia adalékolt optikai egykristályokban

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Modern Biofizikai Kutatási Módszerek

Síkban polarizált hullámok síkban polarizált lineárisan polarizált Síkban polarizált hullámok szuperpozíciója cirkulárisan polarizált

Fény kölcsönhatása az anyaggal:

mágneses-optikai Kerr effektus

Elektronszínképek Ultraibolya- és látható spektroszkópia

A fény és az anyag kölcsönhatása

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

Lumineszcencia. Lumineszcencia. mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Alapjai, tulajdonságai, mérése. Kellermayer Miklós

Átmenetifém-komplexek ESR-spektrumának jellemzıi

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Pere Balázs október 20.

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

Fénnyel keltett átorientálások és instabilitások

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Fluoreszcencia 2. (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Optika Gröller BMF Kandó MTI

BIOFIZIKA. Metodika- 4. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

Visszaverődés. Optikai alapfogalmak. Az elektromágneses spektrum. Az anyag és a fény kölcsönhatása. n = c vákuum /c közeg

Geometriai és hullámoptika. Utolsó módosítás: május 10..

A CD alapjai. Fény: elektromágneses hullám, elektromos és mágneses tér időbeli és térbeli periodikus változása

Szerves oldott anyagok molekuláris spektroszkópiájának alapjai

Fullerének vizsgálata infravörös spektroszkópiával Kamarás Katalin, Pergerné Klupp Gyöngyi MTA SzFKI,

Abszorpciós fotometria

Egzotikus magneto-optikai effektusok kristályos anyagokban

Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel

Matematika (mesterképzés)

Mikroszerkezeti vizsgálatok

Sztereokémia, királis molekulák: (királis univerzum, tükörképi világ?) memo: a földi élet királis elemek sokasága!

Szélsőérték-számítás

Az optika tudományterületei

Optikai spektroszkópiai módszerek

Tarczay György, Góbi Sándor, Magyarfalvi Gábor, Vass Elemér. ELTE Kémiai Intézet

Végeselem analízis. 1. el adás

Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai

Optika gyakorlat 3. Sugáregyenlet, fényterjedés parabolikus szálban, polarizáció, Jones-vektor. Hamilton-elv. Sugáregyenlet. (Euler-Lagrange egyenlet)

Raman spektroszkópia. Spektroszkópiai módszerek

Bevezetés a fluoreszcenciába

Modern Fizika Laboratórium Fizika és Matematika BSc 11. Spektroszkópia

Makromolekulák szerkezetvizsgálati módszerei: IR, CD

Modern Fizika Labor. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: Az optikai pumpálás. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Rezgési spektroszkópiák Infravörös (IR) és Raman spektroszkópia

KÉMIAI ANYAGSZERKEZETTAN

dc_615_12 Természetes eredetű és szintetikus heterociklusok sztereokémiai vizsgálata MTA doktori értekezés Kurtán Tibor

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

Szervetlen komponensek analízise. A, Atomspektroszkópia B, Molekulaspektroszkópia C, Elektrokémia D, Egyéb (radiokémia, termikus analízis, stb.

Mérés spektroszkópiai ellipszométerrel

Lézerek. A lézerműködés feltételei. Lézerek osztályozása. Folytonos lézerek (He-Ne) Impulzus üzemű lézerek (Nd-YAG, Ti:Sa) Ultrarövid impulzusok

Hogyan bírhatjuk szóra a molekulákat, avagy mi is az a spektroszkópia?

Paritássértés FIZIKA BSC III. MAG- ÉS RÉSZECSKEFIZIKA SZEMINÁRIUM PARITÁSSÉRTÉS 1

Optikai spektroszkópiai módszerek

A többatomos molekula rezgéseinek a leírása a klasszikus modellen alapul. Abból indulunk ki, hogy egy atom lehetséges elmozdulásait 3 egységvektor

SZAKDOLGOZAT. Optikai magnetoelektromos eektus kísérleti és elméleti vizsgálata. Farkas Dániel Gergely

Reakciókinetika és katalízis

Szélsőérték feladatok megoldása

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Kamarás Katalin. Minden optikai spektroszkópiai mérés lényege fényintenzitás meghatározása a frekvencia

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása


Átírás:

Optikai spektroszkópia az anyagtudományban 8. Raman spektroszkópia Anizotrópia IR és Raman spektrumokban Kamarás Katalin MTA Wigner FK kamaras.katalin@wigner.mta.hu Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 1

Raman-szórás: történet Raman Mandelstam, kombinációs szórás Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 2

virt. gerj. áll. gerj. áll. alapállapot abszorpció emisszió szórás Rayleigh-szórás Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 3

virt. gerj. áll. gerj. áll. alapállapot abszorpció emisszió szórás Stokes Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 4

virt. gerj. áll. gerj. áll. alapállapot abszorpció emisszió szórás anti-stokes Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 5

Infravörös abszorpció és Raman-szórás IR: 0 ( cos0t 0 rcos0t r Deformálható eset: ~ r, vagy dipólmomentum változása rezgés során ind 1 0 ( cos0t ][ E0 cost ] 0E0 cost ( E0[cos( 0 t cos( t] 2 [ 0 Rayleigh anti-stokes Stokes Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 6

A Raman-effektus klasszikus kép D. A. Long: Raman spectroscopy McGraw-Hill, 1977 Rayleigh Stokes anti-stokes Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 7

Polarizálhatósági tenzor P E xx yx zx xy yy zy xz yz zz E Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 8

A Raman-effektus kvantumos kép Álmosdi Péter, BME 2008 Forrás: Wikipedia Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 9

Veres Miklós, MTA SZFKI Raman-szórás: energia- és impulzusmegmaradás S k S k L L q A foton hullámvektor változását a fononnak kell kompenzálnia. k L, k S 10 4 cm -1 q 10 10 cm -1 k L, k S << q A szórásban csak a Brillouin zóna közepén található fononok vesznek részt. Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 10

Álmosdi Péter, BME 2008 Forrás: Wikipedia Kísérleti elrendezés Mink János: Az infravörös és Raman spektroszkópia alapjai. Veszprémi Egyetem Analitikai Kémiai Tanszék Gerjesztés: látható, monokromatikus fény (lézer ~ 10 4 cm -1 Frekvenciakülönbség: infravörös tartomány, felbontás: ~ 1 cm -1 Monokromátor felbontása kritikus! Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 11

Raman-mikroszkóp Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 12

CCl 4 Raman-spektruma Mink János: Az infravörös és Raman spektroszkópia alapjai. Veszprémi Egyetem Analitikai Kémiai Tanszék Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 13

Stokes, 0 = 2 1, : Raman-effektus 1 a 1 b i 2 1 1 2 Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 14

Veres Miklós, MTA SZFKI Rezonáns Raman-szórás Ha a gerjesztő lézer energiája megközelíti a közeg egy valós átmenetének energiáját, a Raman szórás intenzitása néhány nagyságrenddel megnő. Ez a rezonáns Raman szórás. A rezonáns Raman szórás állapotsűrűség maximumok közelében a legerősebb. Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 15

Veres Miklós, MTA SZFKI Rezonáns Raman gerjesztési profil Gerjesztő energia 100 150 200 250 300 Raman shift (cm -1 100 150 200 250 300 Raman shift (cm -1 100 150 200 250 300 Raman shift (cm -1 100 150 200 250 300 Raman shift (cm -1 100 150 200 250 300 Raman shift (cm -1 Intenzitás (tetsz. egys. 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95 Gerjesztés energiája (ev Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 16

Gerjesztési profil: példa Gerjesztés: 1,623-1,722 ev A 173,6 cm -1 sáv gerjesztési profilja Veres Miklós, MTA SZFKI A.Jorio et al. Phys. Rev. B 63 (2001 245416 Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 17

IR 0 Q Rezgések számának becslése Raman 0 Q 3N 6 szabadsági fok degeneráció Kölcsönös kizárás elve: ha a molekulában inverziós centrum van, az IR-aktív módusok nem Raman-aktívak és fordítva i: (u IR (g kiválasztási szabályok Raman csendes páros és páratlan normálkoordináták ortogonálisak A szimmetria-analízis a spektrumvonalak maximális számát adja meg (véletlen degeneráció, küszöb alatti intenzitás még csökkentheti Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 18

Anizotrópia infravörös és Raman-spektrumokban Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 19 0 Q IR Raman 0 Q Q Q Q Q z y x Q Q Q Q Q Q Q Q Q zz zy zx yz yy yx xz xy xx Q Beeső és szórt fény polarizációja különbözhet Polarizátor, analizátor szükséges

Kettőstörés, lineáris dikroizmus T, R független irányokban mérhető megfelelően polarizált fénnyel max. 3 független n, Kramers-Kronig összefüggések megmaradnak az egyes irányokban kiválasztási szabályok irányfüggőek normál beesés: 3 mérés, legalább 2 különböző felületen polarizátor, analizátor ugyanolyan állásban (az egyik el is hagyható Egydimenziós szerves vezető anyag spektruma Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 20

Szórási sík, szórási geometria Beeső z(xzx Szórt irány pol. Depolarizációs arány: ( I ( I ( q beeső és szórt fény szöge felső index: beeső fény pol. alsó index: szórt fény pol. (E, szórási síkhoz képest Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 21

Depolarizációs arány Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 22 6 mérésből a mátrixelemek relatív nagyságát megkaphatjuk ( ( ( I I természetes fényre: ( ( ( I I n n n z(xzx geometriában: z x y x I I 2 ( y y x y I I 2 ( y n z n n I I 2 ( 2 2 ' ( ' ( 2 ( zx yx 2 2 ' ( ' ( 2 ( yy zy 2 2 2 2 ' ( ' ( ' ( ' ( 2 ( yy yx zy zx n zz, xx más orientációból

( Depolarizációs arány nem-orientált anyagokra I I ( ( beeső és szórt fény szöge felső index: beeső fény pol. alsó index: szórt fény pol. (E, szórási síkhoz képest és szimmetrikus mennyiségek a koordináták elforgatására: xy x', y' x', y' cos( xx' cos( yy' x,y lehet x,y,z Mivel szimmetrikus tenzor (és feltesszük, hogy valós is, xy = yx és a molekulák térbeli orientációjára átlagolva: 2 2 2 2 2 2 45a 4 2 2 2 xx yy zz yx yz zx 45 15 xy Az intenzitást meghatározó mennyiség: Q xx ' xy yy yy ezekre hasonló összefüggések írhatók fel és segítségével, ahonnan 3( ' 2 2 45( a' 4( ' 2 2 zz zz xx 2 2 45a 2 45 Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 23

a =0 3 4 Depolarizációs arány depolarizált =0 0 0 3 4 teljesen polarizált részben polarizált Teljesen polarizált módus: =0 Pl. xx 0 0 0 yy 0 0 0 zz és xxv = yy = zz teljesen szimmetrikus módus (A, A g Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 24

Teljesen szimmetrikus rezgési módusok Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 25

Depolarizációs arány: példa ciklohexán Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 26

Depolarization (antenna effect Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 27

Szén nanocsövek Raman spektruma: polarizációfüggés 40000 30000 DWNT 785 nm xx xy 1.0 0.8 DWNT 785 nm depolarization ratio I xy /I xx Raman intensity 20000 10000 0.6 0.4 0.2 0.0 500 1000 1500 2000 Frequency (cm -1 0 500 1000 1500 2000 Frequency (cm -1 Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 28

Tipikus infravörös és Raman-spektrum B. Schrader: Raman/Infrared Atlas of Organic Compounds VCH Publishers, 1989. Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 29

Optikai aktivitás Optikai rotációs diszperzió (ORD: jobbra és balra cirkulárisan polarizált fényre más törésmutató lineárisan polarizált fény polarizációs síkja elfordul Cirkuláris dikroizmus: más extinkciós együttható lineárisan polarizált fény elliptikusra változik Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 30

optikai forgatás szöge: ( n L ( n l Optikai forgatás (cirkuláris kettőstörés ' n R L l ' l 2c ' nr' ( n 2c L ' n R ' fajlagos forgatóképesség (oldatokra: Fontos! nm (Na D-vonal T = 25 o C oldószer: víz [c ]: g/100 cm 3 [l]: dm lc' Felhasználás: cukorkoncentráció (egészségügy, élelmiszeripar polarimetria, szacharimetria Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 31

Természetes optikai forgatás Kézsmárki István, BME Fizika Tsz Pasteur (1849 Borkősav Levo (+ Dextro ( Optikai forgatás Levo Dextro Levo Dextro Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 32

Cirkuláris dikroizmus Ellipticitás: n különböző abszorpció különböző ~ ( n L " nr" l fajlagos ellipticitás: ellipticitás, 1 cm-en létrejövő ellipticitás 100 [ ] lc' használatos még az extinkciós (abszorpciós koefficiens különbsége: (fajlagos, moláris " " L R nl nr Egy mennyiségbe összefoglalva: i n L n R, L definíciója és az előjel önkényes! ( c 0 4 ( log10 ( R Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 33

Cotton-effektus i n~ ~ L n ( R és között Kramers-Kronig összefüggések Pozitív Cotton-effektus: > 0 Negatív: Mikroszkopikus kép: gerjesztés szerkezet köráram mágneses tér fény mágneses tere Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 34

Alkalmazás információ optikai izomerekről (azonos szerkezet, kivéve a forgatást szerencsés esetben felbontás nőhet (előjel! mágneses dipólátmenetek megnövelhetik az intenzitást ORD: mindenütt CD: csak gerjesztések körül Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 35

Szerkezeti feltétel: kiralitás (S n szimmetriaelem hiánya Optikai izomeria Optikai izomeria: enantiomerek: síkra való tükrözéssel vihetők át egymásba racém keverék: enantiomerek 1:1 arányú keveréke diasztereomerek: két királis molekula reakciójával keletkezett izomerek (nem enantiomerek enantiomerek Kajtár Márton: Változatok négy elemre diasztereomerek Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 36

Optikai izomeria Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 37

Optikai izomerek szétválasztása Optikai izomerek szétválasztása: szimmetrikus szintézis diasztereomerek Természetes anyagok (enzimek, aminosavak élő szervezetekben: csak az egyik enantiomer létezik (a természet királis Felhasználás: kormeghatározás (aminosav-racemizáció aminosavak Forrás: Wikipedia Optkai spektroszkópia az anyagtudományban 8. 38