Különböző fényforrások (UV,VIS, IR) működési alapjai, legújabb fejlesztések



Hasonló dokumentumok
Szerves kémiai analízis TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

MODERN FÉNYFORRÁSOK ÉS ÁLLOMÁNYVÉDELEM. - Világítástechnika a múzeumi és levéltári gyakorlatban -

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

SPEKTROFOTOMETRIAI MÉRÉSEK

1. Atomspektroszkópia

Anyagvizsgálati módszerek

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

3 He ionokat pedig elektron-sokszorozóval számlálja. A héliummérést ismert mennyiségű

Nemkoherens fényforrások 1. Termikus és lumineszcens sugárzók

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

τ Γ ħ (ahol ħ=6, evs) 2.3. A vizsgálati módszer: Mössbauer-spektroszkópia (Forrás: Buszlai Péter, szakdolgozat) A Mössbauer-effektus

Az infravörös spektroszkópia analitikai alkalmazása

NEMKOHERENS FÉNYFORRÁSOK I TERMIKUS ÉS LUMINESCENS SUGÁRZÓK

Részecske- és magfizikai detektorok. Atommag és részecskefizika 9. előadás május 3.

Fejezetek az Információ-Technológia Kultúrtörténetéből. Az elektromos fényelőállítás története

Biofizika tesztkérdések

67. ábra. A példa megoldása i-x diagrammon

GÁZIONIZÁCIÓS DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató. Gyurkócza Csaba

Földrajzi burok. Levegőtisztaság védelem. Az élet kialakulása

MŰSZAKI ISMERETEK. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Duna-víz extrahálható komponenseinek meghatározása GC- MSD rendszerrel. Elméleti bevezető

Környezetvédelmi mérések fotoakusztikus FTIR műszerrel

Lumineszcencia Fényforrások

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. Oxidkristályok lineáris terahertzes spektroszkópiai vizsgálata. Unferdorben Márta

Fény kölcsönhatása az anyaggal:

UV-LÁTHATÓ ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA

1. táblázat. Szórt bevonatokhoz használható fémek és kerámiaanyagok jellemzői

BUDAPESTI MŰSZAKI EGYETEM Anyagtudomány és Technológia Tanszék. Hőkezelés 2. (PhD) féléves házi feladat. Acélok cementálása. Thiele Ádám WTOSJ2

Áramvezetés Gázokban

Bevonatok vizsgálata ködfény-kisüléses spektrometriával

A talliummal szennyezett NaI egykristály, mint gammasugárzás-detektor

b) Adjunk meg 1-1 olyan ellenálláspárt, amely párhuzamos ill. soros kapcsolásnál minden szempontból helyettesíti az eredeti kapcsolást!

JELENTÉS NEMZETI FOGYASZTÓVÉDELMI HATÓSÁG ÉLELMISZER ÉS VEGYIPARI LABORATÓRIUM

Az infra sugárzás felhasználása G-OLD típusú fűtőelemekkel

Anyagfelvitel nélküli felületkezelések

VEGA Energiagazdálkodó rendszer

EGÉSZTESTSZÁMLÁLÁS. Mérésleírás Nukleáris környezetvédelem gyakorlat környezetmérnök hallgatók számára

ph mérés indikátorokkal

9. Hét. Műszeres analitika Folyadékkromatográfia Ionkromatográfia Gélkromatográfia Affinitás kromatográfia Gázkromatográfia. Dr.

KÉMIAI ANYAGVIZSGÁLÓ MÓDSZEREK

Gyógyszerhatóanyagok azonosítása és kioldódási vizsgálata tablettából

ATTOSZEKUNDUMOS IMPULZUSOK

Kimenő üzemmód ; Teljesítmény

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

Használati és üzembehelyezési utasítás 3IFT-22 3IFT-40

1 modul 2. lecke: Nikkel alapú szuperötvözetek

Aerogél a megszilárdult füst

Medgyesbodzás Község Önkormányzat Gazdasági programja

Gimnázium-szakközépiskola 12. Fizika (Közép szintű érettségi előkészítő)

Tartalom ELEKTROSZTATIKA AZ ELEKTROMOS ÁRAM, VEZETÉSI JELENSÉGEK A MÁGNESES MEZÕ

Detektorok tulajdonságai

Kerámia, üveg és fém-kerámia implantátumok. BME Anyagtudomány és Technológia Tsz.

SE Bővített fokozatú sugárvédelmi tanfolyam, 2005 márc IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK DOZIMETRIÁJA. (Dr. Kanyár Béla, SE Sugárvédelmi Szolgálat)

MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA

Termoelektromos polimerek és polimerkompozitok

MŰSZAKI ISMERETEK DR. CSIZMAZIA ZOLTÁN

atmocraft VK 654/9 1654/9 HU; PL

19. Az elektron fajlagos töltése

4. Szervetlen anyagok atomemissziós színképének meghatározása

KÉTPREPARÁTUMOS MÓDSZERREL

A tűzoltás módjai. A nem tökéletes égéskor keletkező mérgező anyagok

AZ ÉGÉSGÁTLÁS KÖRNYEZETI HATÁSAINAK VIZSGÁLATA

Újabb vizsgálatok a kristályok szerkezetéről

Hova milyen jelz t helyezzünk le virtuális vasútvonal építésekor? (Jelz k elhelyezése MSTS-ben)

Fizika 12. osztály. 1. Az egyenletesen változó körmozgás kinematikai vizsgálata Helmholtz-féle tekercspár Franck-Hertz-kísérlet...

Oventrop Magyarország Kft Budapest, Táblás u telefon: (1)

Elektromágneses hullámok, a fény

KOMPOSZTÁLÁS, KÜLÖNÖS TEKINTETTEL A SZENNYVÍZISZAPRA

DUNAÚJVÁROSI FŐISKOLA ANYAGTUDOMÁNYI ÉS GÉPÉSZETI INTÉZET. Gyártástechnológia. Dr. Palotás Béla

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

Gamma-spektrometria HPGe detektorral

GÉPELEMEK GÉP. Gépegység /Részegység/ Alkatrész /Gépelem/ Alkatrész. Alkatrész GÉPELEMEK CSOPORTOSÍTÁSA

CCD detektorok Spektrofotométerek Optikai méréstechnika. Németh Zoltán

Írta: Kovács Csaba december 11. csütörtök, 20:51 - Módosítás: február 14. vasárnap, 15:44

FIZIKA I. RÉSZLETES VIZSGAKÖVETELMÉNYEK

Elektronspinrezonancia (ESR) - spektroszkópia

Környezetvédelem (KM002_1)

Hegesztés 1. Bevezetés. Hegesztés elméleti alapjai

FOTÓKATALIZÁTOROS LEVEGİTISZTÍTÓ MODELL AP-3

Székhelye: H-6771 Szeged, Szerb u. 59. Telefon/fax: Telefon: , Adószám:

V. A MIKROSZKÓP. FÉNYMIKROSZKÓPOS VIZSGÁLATOK A MIKROSZKÓP FELÉPÍTÉSE ÉS MŐKÖDÉSE

VEGA Energiagazdálkodó rendszer fogyasztás optimalizálásra és költségelszámolásra

beépíthető háztartási készülékek

TANMENET FIZIKA 11. osztály Rezgések és hullámok. Modern fizika


Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

L Ph 1. Az Egyenlítő fölötti közelítőleg homogén földi mágneses térben a proton (a mágneses indukció

WESTPOINT MOBIL KLÍMA

1. A neutronvisszaszórási hatáskeresztmetszet

laboratóriumban - Mágneses Nap a Zoletnik Sándor Magyar Euratom Fúziós Szövetség mki.kfki.hu zoletnik@rm KFKI-RMKI Magyar Euratom Fúziós Szövetség

Tanulói munkafüzet. FIZIKA 10. évfolyam 2015.

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Az elektrosztatika törvényei anyag jelenlétében, dielektrikumok

Fizika 10. osztály. 1. Gay-Lussac I. törvénye Szilárd test fajhőjének meghatározása Folyadék fajhőjének meghatározása...

1. A Nap, mint energiaforrás:

Középfeszültségű kábelek öregedési vizsgálatai Műanyag és papírszigetelésű kábelek diagnosztikai rendszerei

RÖNTGEN-FLUORESZCENCIA ANALÍZIS

Fordító hajtások SGExC 05.1 SGExC 12.1 AUMA NORM (vezérlés nélkül)

NANOMÉRETŰ ARANY/SZILIKA RÉSZECSKEKOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

Fókuszált fénynyalábok keresztpolarizációs jelenségei

Átírás:

Különböző fényforrások (UV,VIS, IR) működési alapjai, legújabb fejlesztések Sugárzás kölcsönhatása az anyaggal Készítette: Fehértói Judit (Z0S8CG) Fábián Balázs (IT23JG) Budapest, 2014.04.15. 1

Bevezetés: A spektroszkópia és azon belül a spektrofotometria az egyik legelterjedtebb anyagvizsgálati módszer. Elterjedtségét elsősorban sorban a viszonylag egyszerű és könnyen hozzáférhető műszerezettségének köszönheti, hiszen napjainkban már alig képzelhető el olyan laboratórium ahol ne lenne legalább egyszerűbb spektrofotométer. Az elektromágneses sugárzás, legyen szó akár a nagy energiájú γ sugarakról vagy a kis energiával rendelkező ő rádióhullámokról, kölcsönhatásba léphet az adott anyaggal. Ez a kölcsönhatás abszorpción (az elnyelt fény hozza létre a gerjesztett állapotot) vagy sugárzáson egyaránt alapulhat (emisszió - a gerjesztett atomok bocsátanak ki energiát). 1. ábra: Az elektromágneses sugárzás tartományai A spektrofotométer olyan optikai berendezés, ami lehetővé teszi a monokromatikus fény intenzitásának mérését. A mérés hullámhossz tartománya szerint vannak ultraibolya, látható és infravörös tartományban mérő spektrofotométerek. (Az elektromágneses sugárzás tartományait az 1. ábra szemlélteti.) A spektrofotométerek fő részei a fényforrás, mintatér, monokromátor, detektor és a kijelző rendszer. A fényforrás a látható fény tartományában a wolfram lámpa, az UV tartományban a deutérium lámpa, míg az IR-ben a Globár és a Nernstizzó (1. táblázat). 2

Melyik hullámhossz tartományban mér? Milyen fényforrást használ? Ultraibolya tartomány Hidrogén-, vagy deutérium lámpát Nagynyomású xenon lámpát vagy kisnyomású higanygőz lámpát Látható és közeli infravörös tartomány volfrámizzó Gyakorlatban jelentős infravörös tartomány Nernst-izzó, Globár izzó, króm-nikkel ellenállásizzó Távoli infravörös tartomány Nagynyomású higanygőz lámpa 1. táblázat: A molekulaspektroszkópiai módszerek fényforrásai [1] Fényforrások működési alapjai: Deutérium lámpa: Egy wolfram szálat és egy anódot helyeznek egy nikkel doboz két szemben lévő oldalára. A szál egy ívet húz az anódhoz. A szálat fel kell forrósítani, így használat előtt körülbelül 20 percig fűteni kell, 300-500 volt feszültségen. Az izzón belül van a molekuláris deutérium, ami az ív gerjesztésének hatására magasabb energia állapotba kerül. A deutérium alapállapotba kerül vissza, miután a fényt emittálta. Ez a folyamat nem egyezik meg az atomi emisszióval, ahol az elektronokat gerjesztik, majd ezek ezután sugárzást bocsájtanak ki. Mivel a lámpa működéséhez magas hőmérséklet kell, nem lehet burkolatként üveget használni. Az üveg az UV sugárzás áthaladását is blokkolja. Helyette magnéziumfluoridot vagy UV üveget használnak. Átlagosan 2000 órát bír. A deutérium lámpa 120 nmtől 900 nm-ig emittál sugárzást. Folytonos spektrum 180 nm-től 370 nm-ig van. Szemvédő használata ajánlott, amikor deutérium izzót használunk. [2] Higanylámpa: Nagy intenzitású kisülő lámpa. UV sugárzást és látható fényt állít elő nagy nyomású higanygőz gerjesztésével. Egy nagyobb külső üvegbúrában ( hőszigetelést, UVszűrést biztosítja, rögzíti az elektromos hozzávezetéseket) elhelyezett kisméretű kvarccsőben megy végbe a kisülés. A negatív ellenállású kisülés miatt fojtó használata szükséges. A kisülés elindításához szükséges gyújtót a lámpán belül helyezik el. Ezt egy nagy értékű ellenállással, a katódhoz kapcsolják. A gyújtóbot és a katód között létrejövő kisülés biztosítja a lámpa meggyújtásához szükséges elektronokat. Magas élettartam és alacsony beruházási költség jellemzi, speciális változata a kevert fényű lámpa, ez egy higanylámpából és egy sorba kapcsolt izzólámpából áll, ez tölti be a fojtó szerepét, javítja a színvisszaadást, de az izzószál az élettartamot és a fényhasznosítást is csökkenti. [3] 3

Xenon-lámpa: A gáz kisüléses lámpák egyik típusa, ahol az elektromos áram végighalad az ionizált nagynyomású xenon gázon miközben a lámpa fényt bocsájt ki. Alkalmazzák színházakban filmvetítőkben, fényszórókban. Három csoportra oszthatóak: 1. Rövidívű lámpák: Minden xenon lámpa tartalmaz két wolfram elektródát egy kvarctestben. Az áramot molibdén szalagon keresztül vezetik be. A katódok emittálják az elektronokat. A lámpa fénye folytonos és nagyon széles spektrumú (UV-től közeli IR-ig). Az elektródák közti távolság kicsi, ezért a keletkező fény pontszerű, ez teszi lehetővé optikai hasznosítását. A kis távolság hátránya az, hogy kis térfogatban nagy teljesítmény halmozódik fel, aminek következtében a lámpák speciális hűtést igényelnek, és élettartamuk is rövid. Töltőnyomásuk üzemközben több tíz atmoszféra, kezelésük nehéz és veszélyes, speciális elektronikát igényel. 2. Hosszúívű lámpa: Kisebb nyomású, gyenge fényhasznosítása és drágasága miatt laboratóriumokban használják. 3. Villanólámpák: Egy feltöltött kondenzátort kapcsolnak az anód és a katód közé, a kisülést a trigger elektródára adott impulzus hozza létre. Kisülés után a lámpa kialszik. Ezen idő alatt magas színhőmérsékletű, színvisszaadású fényt állít elő jó fényhasznosítás mellett. Gyors működésük miatt lézertechnikában, stroboszkópiában, fényképészetben alkalmazzák. [4] Wolfram izzó: Hivatalos feltalálójának Thomas Alva Edisont tekintik. Az izzólámpa fényét elektromos áram által felizzított wolfram szál adja. Az izzószál egy üvegbúrában található, ami semleges gázt, vagy vákuumot tartalmaz, ez óvja meg a wolfram szálat a levegő oxidáló hatásától. Felépítését tekintve körtére emlékeztető üvegbúrából és menetes fejből állnak. A búrában középen spirálos wolfram szál van, amik wolfrám vagy molibdén tartókra vannak felfüggesztve. A búrákban kisebb teljesítményű izzók esetén vákuum nagyobb teljesítményű izzók esetén argon vagy nitrogén gáz van. A búra leggyakrabban lágyüveg, a lámpa feje pedig Edison-menetes kivitelű, amihez az árambevezetőket rögzítik. Villamos áram hatására 2000-3000 K hőmérsékletűre melegszik fel az izzószál (A Wolfram olvadáspontja: 3695 K), mely során elektromágneses energiát sugároz ki az infravörös és látható fény tartományában. [5] Globár izzó: Termikus fényforrás az infravörös spektroszkópiában. Ez egy szilíciumkarbid rúd, 5-10 mm széles és 20-50 mm hosszú, amit elektromosan 1000-1650 C- 4

ra fűtenek fel. Interferencia szűrővel kombinálva, 4-15 µm hullámhosszúságú sugárzást emittál. [6] Nernst-izzó: Walter Nernst német fizikus és kémikus találta fel 1897-ben. A Nernst-izzó nem tartalmaz wolfram szálat, helyette egy kerámia rúd van benne, amit izzásig melegítenek. Mivel a rúd nem oxidálódik levegőn (ellentétben a wolfram szállal), ezért nem szükséges vákuum- vagy nemesgáz környezet, az izzók csak azért vannak üvegben, hogy a forró izzó a környezettől el legyen különítve. A kerámia anyaga ittrium-oxid és cirkónium-oxid. Ezek a lámpák kétszer olyan hatékonyak, mint a szén szálas lámpák, és több fényt képesek emittálni, de a wolfram szálas lámpák felülmúlják ezen típust. Nagy hátránya, hogy a kerámia szobahőmérsékleten elektromosan nem vezető, ezért fel kell melegíteni. [7] Króm,- nikkel ellenállásizzó: A sugárforrás egy olyan króm-nikkel szál, aminek a felületén lévő oxidréteg a szál elektromos hevítése során (1400 K) majdnem a teljes infravörös tartományban emittál. [1] Sugárforrások újszerű alkalmazásai: Az UV-Vis-IR sugárzás használata széles körben elterjedt a tudomány minden területén a fizikától kezdve, a kémián át egészen a biológiáig. Mindezek mellett az iparban is felhasználásra találnak különböző szervetlen és polimer alapú anyagok feldolgozása során. Az ilyen alkalmazásokhoz elengedhetetlenek az intenzív sugárzást biztosító, hangolható sugárforrások. Lézer által előállított plazma [8] A laboratóriumokban a két elterjedt forrás a parázskisüléses lámpák és a magas harmonikusok generálásával működő lézerek. Míg az előbbi esetében az elérhető besugárzás mértéke és a foton fluxus alacsony, addig az utóbbinál a folytonos és széles tartományon való hangolhatóság hiánya a legnagyobb hátrány. Az utóbbi években előtérbe került a lézer által előállított plazma (laser-produced plasma: LPP) források vizsgálata, mivel intenzív széles sávon emittáló, kompakt eszközök. A kísérletekben betöltött diagnosztikai szerepük mellett jelentős mértékben alkalmazzák őket extrém UV és X tartományon többek között a mikrolitográfiában. Jelenleg kutatások folynak a vákuum-uv 100-200 nm közötti tartományában, ami a molekulák ionizációs potenciáljának nagyságrendjébe esik. Az ilyen folytonosan hangolható 5

eszközök a jövőben egyfoton-ionizációs (single-photon ionization: SPI) sugárforrásként szolgálhatnak asztali TOF tömegspektrométerekben, ezzel kiváltva a szinkrotronokat. Ion mobilitás spektrometria [9] : Az ion mobilitás spektrometria (IMS) az 1970-es évek elején elterjedt analitikai technika, amely során a minta gőze atmoszférikus nyomáson ionizálódik, majd elektromos mező segítségével a mobilitás alapján azonosítható. Az ionizáció egy IMS eszköz legfontosabb része. A hagyományos IMS készülékekben radioaktív 63 Ni-t használnak, amelyek használata egyszerű, kényelmes és nincs szükségük külső áramforrásra. Hátrányuk a szűk lineáris tartomány és a radioaktív anyagokra vonatkozó különböző biztonsági előírások. A korona kisüléses (corona discharge: CD) ionizáció számos vegyület vizsgálatára alkalmas. Az UV fotoionizáció a CD-IMS alkalmazhatóságát tovább bővíti, mivel nem hoz létre háttércsúcsokat. Az UV-IMS segítségével terpéneket és alkoholokat is vizsgálhatunk, emellett számos esetben szelektívebb, mint a CD. Ilyen alkalmazásokhoz vákuum-uv kripton lámpa alkalmas. Dielektromos gát kisülés (dielectric-barrier discharge: DBD) [10] : A DBD olyan elektromos kisülés, amely két, szigetelő dielektromos gáttal elszeparált elektród között játszódik le. Jelenleg a DBD-t többek között ózon előállítására, felületkezelésre és szén-dioxid lézerekben alkalmazzák. Emellett megfelelő alapot nyújt VUV források készítéséhez. Elegendően nagy AC feszültség alkalmazásakor az elektródok közötti gázban DBD megy végbe. A kisülés alacsony nyomáson egyenletes, stabil, parázskisülés-szerű, bár valójában gyorsan pulzáló mikrokisülésekből áll, melyek időtartama 10 ns nagyságrendű. Magas nyomáson egy magas elektron-energiaszinten lévő atom ütközik egy alapállapotú atommal vagy molekulával, ezzel egy új molekulát hozva létre. A molekula egy harmadik részecskével ütközve leadja az energiáját, amely során a gerjesztett vibrációs állapota relaxálódik. Ennek a folyamatnak a végén egy relatíve stabil molekula, excimer jön létre. A gerjesztett excimerek akár több nanoszekundumon át UV vagy VUV sugárzást bocsájthatnak ki. A fent részletezett folyamatok a Kr esetére a következők: e + Kr e + Kr* Kr* + 2Kr Kr 2 * + Kr Kr 2 * 2Kr + 146nm VUV 6

Hivatkozások: [1] Pokol Gy., Gyurcsányi E. R., Simon A., Bezúr L., Horvai Gy., Horváth V., Dudás K.M. Analitikai kémia (2011) [2] http://en.wikipedia.org/wiki/deuterium_arc_lamp [3] http://hu.wikipedia.org/wiki/higanyl%c3%a1mpa [4] http://hu.wikipedia.org/wiki/xenonl%c3%a1mpa [5] http://hu.wikipedia.org/wiki/izz%c3%b3l%c3%a1mpa [6] http://en.wikipedia.org/wiki/globar [7] http://en.wikipedia.org/wiki/nernst_lamp [8] T. M. Di Palma, A. Borghese: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 254 (2007) 193 199 [9] H. Bahrami, M. Tabrizchi: Talanta 97 (2012) 400 405 [10] B. Ren an, S. Mingdong, W. Zhongrui, J. Jing, H. Wenbo, Q. Feng, W. Wenjiang, Z. Jintao: Physics Procedia 32 ( 2012 ) 477 481 7