Optikai spektroszkópiai módszerek

Hasonló dokumentumok
Optikai spektroszkópiai módszerek

Infravörös és CD spektroszkópia a fehérjeszerkezet vizsgálatában

Infravörös és CD spektroszkópia a fehérjeszerkezet vizsgálatában

Makromolekulák szerkezetvizsgálati módszerei: IR, CD

Abszorpció, emlékeztetõ

Bevezetés a fluoreszcenciába

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

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Röntgendiffrakció, tömegspektrometria, infravörös spektrometria.

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

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

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

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

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

Infravörös és CD spektroszkópia a fehérjeszerkezet vizsgálatában

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Abszorpciós spektroszkópia

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

Fluoreszcencia 2. (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Szerves oldott anyagok molekuláris spektroszkópiájának alapjai

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Abszorpciós fotometria

Abszorpciós fotometria

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

A fény tulajdonságai

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

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Lumineszcencia. Lumineszcencia. Molekulaszerkezet. Atomszerkezet

Abszorpciós fotometria

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

Lumineszcencia spektroszkópia

Abszorpciós fotometria

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

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

Az elektromágneses hullámok

A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

Infravörös, spektroszkópia

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

2. ZH IV I.

Lumineszcencia alapjelenségek

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

OPTIKA. Vozáry Eszter November

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

Lumineszcencia: a fényt kibocsátó rendszer nem a magas hőmérséklet miatt világít!!! Ez az ún. hideg emisszió

Az infravörös (IR) sugárzás. (Wikipédia)

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

A fény és az anyag kölcsönhatása

1. mérés: Benzolszármazékok UV spektrofotometriás vizsgálata

9. Fotoelektron-spektroszkópia

Reakciókinetika és katalízis

Fluoreszcencia spektroszkópia

Molekulaspektroszkópiai módszerek UV-VIS; IR

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

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

KÉMIAI ANYAGSZERKEZETTAN

JASCO FTIR KIEGÉSZÍTŐK - NE CSAK MÉRJ, LÁSS IS!

11.3. Az Achilles- ín egy olyan rugónak tekinthető, amelynek rugóállandója N/m. Mekkora erő szükséges az ín 2 mm- rel történő megnyújtásához?

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Fény kölcsönhatása az anyaggal:

Fluoreszcencia spektroszkópia

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Kémiai anyagszerkezettan

Sugárzásos hőtranszport

Lumineszcencia Fényforrások

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

Modern Fizika Laboratórium Fizika és Matematika BSc 12. Infravörös spektroszkópia

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

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

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

2. Szerves anyagok oldatának fotolumineszcencia színképének meghatározása

Optikai kristályok spektroszkópiája

A hőmérsékleti sugárzás

Az áramlási citométer és sejtszorter felépítése és működése, diagnosztikai alkalmazásai

DSC. DSC : differential scanning calorimetry. DSC : differential scanning calorimetry. ITC : isothermal titration calorimetry

A légköri sugárzás. Sugárzási törvények, légköri veszteségek, energiaháztartás

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Szalay Péter (ELTE, Kémia Intézet) Szentjánosbogár, trópusi halak, sarki fény Mi a közös a természet fénytüneményeiben?

Szentjánosbogár, trópusi halak, sarki fény Mi a közös a természet fénytüneményeiben?

Optikai spektroszkópia az anyagtudományban 7. Infravörös spektroszkópia

Abszorpciós spektrumvonalak alakja. Vonalak eredete (ld. előző óra)

dinamikai tulajdonságai

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

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

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Elektromágneses sugárzások és biológiai rendszerek Ionizáló és nem-ionizáló sugárzások. Dr. Fidy Judit egyetemi tanár 2012 Febr.15

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Fotokémiai alapfogalmak, a fotonok és a molekulák kölcsönhatása

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

UV-VIS spektrofotometriás tartomány. Analitikai célokra: nm

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

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

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

Talián Csaba Gábor Biofizikai Intézet április 17.

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

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

Atomfizika. A hidrogén lámpa színképei. Elektronok H atom. Fényképlemez. emisszió H 2. gáz

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei


Átírás:

Mi történhet, ha egy mintát fénnyel világítunk meg? Optikai spektroszkópiai módszerek megvilágító fény (elnyelt fény) minta átjutott fény Abszorpció UV-VIS, IR Smeller László kibocsátott fény Lumineszcencia (Fluoreszcencia és Foszforeszcencia) szórt fény Raman és Rayleigh szórás Abszorpciós és emissziós spektroszkópia Az átjutott vagy kibocsátott fény analizálása a hullámhossz függvényében. Információ: atomok, molekulák azonosítása, molekuláris szintű szerkezetváltozások (konformációváltozások) detektálása, koncentráció meghatározás Miért nyel el ill. bocsát ki fényt egy atom v. molekula? Energiaátmenet: ld. Jablonski diagram Gerjesztett elektron- és vibrációs állapot* Gerjesztett elektronállapot Vibrációsan gerjesztett áll.* Alapállapot S S 0 E *csak molekuláknál!

E Miért nyel el ill. bocsát ki fényt egy atom v. molekula? S S 0 UV-VIS IR abszorpció Raman Fluoreszcencia Foszforeszcencia T ΔEhfhc/λ Abszorpciós spektroszkópia (UV-VIS) Ismétlésül: abszorpciós tv: JJ 0 e -μx ahol μ(anyag,c,λ) Lambert-Beer törvény: J A lg 0 ε ( λ) cx spektrum: A(λ) J mérés: spektrofotométer (felépítése ld. gyakorlat) referencia oldat (J 0 ) információ: azonosítás, koncentráció. Infravörös spektroszkópia Infravörös fény: λ800 nm - mm közép infra tartomány:,5-50 μm abszorpciós spektroszkópia az elnyelt infravörös sugárzás molekularezgéseket kelt érzékeny a molekulaszerkezetre speciális detektálás: FT spektrométer Molekularezgések Az elektronok könnyűek, gyorsan követik az atommag mozgását, ezért az atommagok rezgéseit az elektronok nem befolyásolják. A klasszikus fizikai leírásban az atommagok közti kötést, egy rugóval vesszük figyelembe.

Molekularezgések: kétatomos molekula m a középiskolából ismert: f π m m D m l l l l D D F / D F / D Δl Δl l l F DΔl l + l l l l + m m + m + m m m + m D tehát:, amit az m D f π D m egyenletbe helyettesítve a rezgési frekvencia: D( m + m) f π mm az m mm mennyiséget redukált redukált m + m tömegnek is nevezik, ezzel a frekvencia: f π D m redukált A hullámhossz: c mredukált λ πc f D Az infravörös spektroszkópiában a λ reciprokát, a hullámszámot (ν) használják: ν: hány hullám fér D el egységnyi ν hosszúságon? [cm - ] λ πc m redukált Példa: CO A mért rezgési hullámszám: ν 43 cm - λ4,67μm f 6,43 0 3 Hz m C 0-6 kg, m O,7 0-6 kg D875 N/m Ha ν ismert, D számolható ha D ismert, ν számolható

Klasszikus fizikai rezgések és energianívók kapcsolata Klasszikus kép Energianívók A rezgési frekvencia függése a tömegtől és a kötéserősségtől Tömeg: Kötéserősség: S Infravörös rezgési frekvenciák (cm - ) B-H 400 C-H 3000 N-H 3400 O-H 3600 F-H 4000 C-N: 00 cm -, CN: 660 cm -, C N: 0 cm -. f π D m redukált S 0 ΔE Al-H 750 Si-H 50 Ge-H 070 P-H 350 As-H 50 S-H 570 Se-H 300 Cl-H 890 Br-H 650 rezonancia az f frekvenciájú fénnyel u.a.!!! ΔEhf Víz (O-H): 3600 > nehézvíz: 600 cm - Sokatomos molekulák rezgései N atomos molekula: 3N szabadsági fok, 3-3 a teljes molekula transzlációja ill. rotációja 3N-6 rezgési szabadsági fok (lineáris molekuláknál csak 3N-5) normálrezgések Normálrezgések Minden atom ugyanazzal a frekvenciával, de különböző amplitúdóval és irányban rezeg. Pl. víz: antiszimmetrikus

A víz normálrezgései Néhány tipikus rezgési frekvencia Nem rezgés, hanem gátolt forgás Példa: Formaldehid http://www.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/spectrpy/infrared/infrared.htm

Flavin Benzol Makromolekulák rezgései Globális rezgések (bonyolultak) Lokalizált rezgések, pl: CH rezgések a lipidekben amid rezgések a fehérjékben (acetamid rezgések)

Lipidek Alkalmazások fehérjedenaturáció lipid fázisátalakulás Symmetric Stretch Asymmetric Stretch Twisting Wagging Scissoring Rocking Types of Vibrational Modes. Figure from Wikipedia Meersman és mtsai. Biophys J. Gyógyszerészeti alkalmazások Gyógyszerészeti alkalmazás: molekula azonosítás szintézis: közti és végtermék azonosítás szerkezet bizonyítás metabolit kimutatás gyógyszerellenőrzés (tisztaság vizsgálat) C 4 H 8 O Megj.: Lambert-Beer tv. itt is igaz, koncentráció meghatározás is lehetséges. http://www.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/spectrpy/infrared/infrared.htm

A spektrum mérése: Fourier transzformációs spektrométer (FTIR) fényforrás FT tk 6.7 ábra tk 6.8 ábra Speciális IR módszerek:. IR Mikroszkópia A komponensek térbeli eloszlása S. Wartewiga, R. H.H. Neubert, Advanced Drug Delivery Reviews 57 (005) 44 70

Speciális IR módszerek:. ATR technika (Attenuated Totalreflexion) minta ATR technika Nagyon egyszerű minta-előkészítés minta ATR Kristály Lumineszcencia spektroszkópia Milyen molekulák fluoreszkálnak? E S T Aminosavak (triptofán, tirozin, fenilalanin) Fluoreszcens festékek GFP S 0 UV-VIS IR abszorpció Raman Fluoreszcencia Foszforeszcencia

Mérhető mennyiségek Aequorea victoria a gerjesztő fény hullámhossza az emittált fény hullámhossza (fluor., foszf) az emittált fény időbeli eloszlása az emittált fény polarizációja az emittált fény intenzitása A lumineszcens spektrométer felépítése gerjesztés Gerjesztési, és emissziós spektrumok E minta fényforrás gerjesztési monokromátor S T emissziós monokromátor detektor (pl fotoelektronsokszorozó) emisszió S 0 tk. 6.6 ábra kijelző (szgép) tk 6.5. ábra Stokes eltolódás Fluoreszcencia Foszforeszcencia

S S 0 E A fluoreszcencia kvantumhatásfok (Q) k nr k f T Kvantumhatásfok Q emittált fotonok száma elnyelt fotonok száma Q f k f k f + k k f fluoreszcens átmenet valószínűsége k nr nem sugárzásos átm. vsz. nr festékek, fl. jelzők Q S S 0 A gerjesztett állapot élettartama E Fluoreszcencia Fluoreszcencia N gerjesztett molekulából Δt idő alatt ΔN(k f +k nr )NΔt gerjesztődik le. Differenciálegyenlet: dn k k dt ( + f nr Megoldása: N τ ) N ( kf + knr ) t N0e N0 k + k f nr e t τ a gerjesztett állapot élettartama A fluoreszcencia intenzitás lecsengése Az emittált fotonok száma arányos ΔN-el, tehát N-el is, azaz a fotonszám is exponenciálisan csökken, τ időállandóval. Mérése: impulzusszerű megvilágítás (villanólámpa, v. impulzuslézer), fotonszámlálás az idő függvényében. Megj. Kvantumhatásfok és élettartam a foszforeszcencia esetén is hasonlóan definiálható ill. mérhető. Példa τ fluoreszcencia ns τ foszforeszcencia μs...s

Fluoreszcencia polarizáció Fényszórás polarizált fénnyel világítjuk meg a mintát mérjük, h. az emittált fény mennyire polarizált Rayleigh λ szórt λ megvil Raman szórás: λ szórt λ megvil f szórt f megvil E foton,szórt E foton,megvil Raman λ szórt λ megvil E S Chandrasekhra Venkata Raman elfordulhat a gerjesztett állapot élettartama alatt dinamikai információ hova lett az energia? Molekularezgést kelt (ld. IR) gyenge intenzitású S 0 tk 6.8 ábra IR Raman Raman spektrométer Raman Spektrometer Minta Filter Detektor Monokromator

Raman-szórás, Raman spektroszkópia A vibrációs állapotok jellemzőek a molekulákra Raman Spektroszkopia Tabletta hatóanyagtartalmának mérése http://www.igb.fraunhofer.de/de/kompetenzen/grenzflaechentechnik/oberflaechenanalytik/ausstattung/konfokale -mikroskopie-spektroskopie/raman-spektroskopie-tablette.html Hordozható Raman spektrométerek anyagok azonosítására Rayleigh szórás ha a részecske mérete: a << λ a szórt intenzitás: 6 a Jszórt ~ J 0N 4 λ információ: méret, mennyiség (pl. kolloidok) Kék égbolt

A Rayleigh szórás mérése ha J szórt <<J 0 J szórt -at mérjük (Nefelometria) ha J szórt J 0 Mie szórás Ha λ a a szórás hullámhossz-független. Részecskeméret Szürke égbolt J -t mérjük (turbidimetria) Technikailag ua. mint az abszorpciós spektroszkópia, csak most a J a szórás miatt kisebb, mint J 0 Rayleigh szórás Mie szórás!