ALGUMAS APLICAÇÕES DA ESPECTROSCOPIA ÓPTICA
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ALGUMAS APLICAÇÕES DA ESPECTROSCOPIA ÓPTICA. Maria José V. Bell, DF-UFJF. XV Semana de Física - UFJF Outubro/2004. Índice. O que é espectroscopia óptica Radiação UV-VIS-IR Elementos básicos experimentais Técnicas experimentais e exemplos de aplicações Absorção, transmissão,

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Algumas aplica es da espectroscopia ptica

ALGUMAS APLICAÇÕES DA ESPECTROSCOPIA ÓPTICA

Maria José V. Bell, DF-UFJF

XV Semana de Física - UFJF

Outubro/2004


Ndice
Índice

  • O que é espectroscopia óptica

  • Radiação UV-VIS-IR

  • Elementos básicos experimentais

  • Técnicas experimentais e exemplos de aplicações

    • Absorção, transmissão,

    • Absorção infravermelha



Radia o uv vis ir

Espectro Eletromagnético

Radiação UV-Vis-IR


Espectroscopia ptica

IR

IT

Io

IE

Amostra

Espectroscopia Óptica

  • Consiste na interação de radiação (na faixa do UV, Vis e IR) com a matéria (sólido, líquido ou gás).

  • Esta interação pode ocorrer via absorção, espalhamento, emissão ou reflexão da luz incidente.

Io: Intensidade Incidente

IR: Intensidade Refletida

IT: Intensidade Transmitida

IE: Intensidade Espalhada

Io=IT+IR+IE+IA

Intensidade

Absorvida


Elementos b sicos
Elementos básicos:

  • Fontes de luz: laseres e lâmpadas

  • Elemento dispersor: grade de difração ou prisma

  • Detector: fotodiodo, fotomultiplicadora, CCD

  • Amostra: sólido, líquido ou gás.

Laser


Fontes de luz l mpadas espectro cont nuo
Fontes de luzLâmpadas: Espectro contínuo

Emissão de Corpo Negro

Lei de Planck


Laseres gasosos de estado s lido e l quidos dye lasers
Laseres:Gasosos, de Estado Sólido e líquidos (Dye lasers)

  • Gasosos: He-Ne, Argônio (Ar+), Kriptônio, He-Cd, N2, CO2, etc.

  • De Estado sólido: Laseres de diodo, Ti:Safira, Nd:YAG, etc.

  • Líquidos: corantes, desde o UV até o infravermelho, com variação contínua, mudando o corante.


Algumas aplica es da espectroscopia ptica

O Elemento Dispersivo:Monocromador

sena + senb = mDl

N

Poder de resolução da rede:

l/Dl=mN

b

a


Algumas aplica es da espectroscopia ptica

Fotodiodos

E

Detector

    (  m)

p

Si

0.2 - 1.1

Ge

0.4 - 1.8

Eg

n

InAs

1.0 - 3.8

InSb

1.0 - 7.0

InSb (77K)

1.0 - 5.6

HgCdTe (77K)

1.0 -25.0

p

V

Faixa de sensibilidade

E

p

n

V-DV

p


Algumas aplica es da espectroscopia ptica

Fotomultiplicadora

Faixa de operação:

110-1100 nm

Eficiência Quântica:

1-10%

Tempo de resposta:

1-20 ns


Algumas aplica es da espectroscopia ptica

CCD- Charge Coupled Device

  • Características:

  • 1024 ou 2048 pixels

  • Eficiência quântica de ~60%

  • Alta sensibilidade

  • Tamanho:

  • ~ 25 mm


Tipos de amostras 1 s lidos

BC

Energia

BC

BC

Eg

Eg

Eg

BV

BV

BV

Isolante

Metal

Semicondutor

Tipos de Amostras: 1) Sólidos

Eg > 5eV

Eg < 1eV

Eg entre ~1eV

e

5eV

E=hc/l


2 mol culas diat micas
2) Moléculas (diatômicas)

R

Níveis Eletrônicos

Níveis vibracionais




Faixas de energias da espectroscopia ptica
Faixas de Energias da Espectroscopia óptica

Níveis Eletrônicos

~1eV

UV-VIS

Níveis Rotacionais

< 10 meV

Níveis Vibracionais

~10 - 100meV

IR


Algumas aplica es da espectroscopia ptica

TÉCNICA DE ABSORÇÃO E REFLETÂNCIA

IT

Absorbância (A): A=logIo/IT

Refletância R: =IR/Io

Transmitância (T): T=IT/Io

Lei de Beer: IT(l)=Io(l)e-a(l)L

a=A/(Llog(e))

IO

L

R=IR/Io

IR


Absor o infravermelha
Absorção Infravermelha

n3

n2,4

Transmissão

Número de Onda (=1/l ) (cm-1)




Emiss o solar
Emissão solar

Intensidade (W/m2mm)

Comprimento de onda ( mm)




Algumas aplica es da espectroscopia ptica

Sensoriamento remoto

Canal 2

Canal 3

Refletância

Canal 1

Canal 1: 0.6 mm

Canal 2: 0.8 mm

Canal 3: 1.6 mm

Fonte:

EUMETSAT

Comparação da refletância do solo nos 3 canais

Comparação da refletância das folhas nos 3 canais


Algumas aplica es da espectroscopia ptica

Superfície da Terra

  • Em 0.8 mm há uma melhor definição entre estruturas de superfície devido à alta refletância do solo e das folhas.

Canal 1: 0.6 mm

Canal 2: 0.8 mm

0.6 mm

0.8mm

Comprimento de onda (mm)


Algumas aplica es da espectroscopia ptica

Refletividade do Gelo/neve e Núvens em 1.6 m

0.6

0.8

1.6

Núvens: alta refletividade

Gelo/neve:baixa refletividade

Fonte: EUMETSAT





Algumas aplica es da espectroscopia ptica

Absorção de Água Líquida

Coeficiente de absorção a (cm-1)