Elektromagnetické záření - PowerPoint PPT Presentation

elektromagnetick z en n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Elektromagnetické záření PowerPoint Presentation
Download Presentation
Elektromagnetické záření

play fullscreen
1 / 50
Elektromagnetické záření
134 Views
Download Presentation
keagan
Download Presentation

Elektromagnetické záření

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. Elektromagnetické záření interakce látek s elektromagnetickým zářením; optické vlastnosti, UV, VIS spektrofotometrie; tomografické a rezonanční metody.

  2. elektromagnetické záření široká oblast vlnových délek (resp. frekvencí):

  3. základní jevy při interakci záření s hmotou: • lom světla • absorpce (pohlcování záření), UV, VIS, IČ, mikrovln (rezonanční metody) • stáčení roviny polarizovaného světla • rozptlyl světla (Rayleighův, Ramanův, Tyndallův efekt) • luminiscence (fluorescence, fosforescence) • ohyb paprsků (rtg - analýza struktury krystalů)

  4. lom světla: mění se rychlost (a směr) šíření elektromag. vlnění příčinou je interakce s elektrony veličina kvantitativně vyjadřující změnu = index lomu absolutníindex lomu relativní index lomu metoda měření – refraktometrie

  5. Figure 2. Cross section of part of the optical path of an Abbe refractometer. The sample thickness has been exaggerated for clarity.

  6. absorpce záření: mění se intenzita záření příčinou jsou přeskoky elektronů, rotace, vibrace veličina kvantitativně vyjadřující změnu: molární absorpční koeficient, e metoda měření: spektrofotometrie (měření absorpčních spekter)

  7. přeskoky elektronů, rotace, vibrace: nejen přeskoky elektronů kvantovány (elektronové hladiny), kvantovány i vibrační, rotační a translační pohyby v molekule - 4 typy energetických hladin: - elektronové hladiny (přeskoky elektronů) - vibrační hladiny - rotační hladiny - translační hladiny

  8. elektronový stav E 2 s vibračními a rotačními hladinami elektronový stav E 1 s vibračními a rotačními hladinami

  9. energii stovek kJ/mol (energie potřebná pro elektronový přeskok) může dodat UV a VIS záření, tj. oblast vlnových délek 200 (190) - 900 nm aby sloučenina absorbovala záření nad 200 nm, musí obsahovat n nebo p elektrony - chromofor excitace látky absorbující v oblasti 400 - 750 nm se nám jeví jako barevné (vzhledem ke spektrální citlivosti oka)

  10. měření absorpce v UV a VIS oblasti : spektrofotometrie přístroje: spektrofotometry závislostost množství pohlceného záření na vlnové délce: absorpční spektrum (u molekul nikoli čárové, ale pásové - podílejí se i vibrační a rotační hladiny)

  11. absorpce záření v roztocích, kvantifikace absorpce v roztocích: k absorpci záření dojde tehdy, obsahuje-li rozpuštěná látka chromofor (skupinu s n, p elektrony, které lze excitovat UV, VIS zářením) transmitance = poměr prošlého a dopadajícího záření určité vlnové délky: poměr intenzity záření (množství fotonů), které roztokem prošlo a intenzity záření (množství fotonů), které na roztok dopadlo

  12. častěji než transmitance používána veličina absorbance dříve “extinkce”, angl. “optical density” Lambert - Beerův zákon: c = koncentrace absorbující složky (mol/l) l = tloušťka absorbující vrstvy (cm) e = molární absorpční koeficient (absorbance roztoku o koncentraci 1 mol/l v kyvetě o tloušťce vrstvy 1 cm při dané vlnové délce)

  13. schéma jednopaprskévého spektrofotometru (single beam spectrophotometer)

  14. schéma dvoupaprskového spektrofotometru (double beam spectrophotometer)

  15. skleněné – pro VIS křemenné - pro UV (o pro VIS

  16. Příklady : absorbance, transmitance, Lambert-Beerův zákon viz word file

  17. optická aktivita týká se opticky anizotropních prostředí (nemají ve všech směrech stejné optické vlastnosti), vlastnosti jsou směrově závislé optická anizotropie: “dočasná” - u tuhých, pravidelně uspořádaných látek, mizí pro roztavení, rozpuštění látky trvalá - souvisí se strukturou molekul, projevuje se u molekul s chirální stavbou anizotropní prostředí stáčí rovinu polarizovaného světla

  18. polarizované světlo: kmitá jen v jednom směru (světlo kmitající v ostatních směrech pohlceno při polarizaci) stočení roviny polarizovaného světla průchodem opticky aktivní látkou: a = úhel otočení = specifická otáčivost pro světlo určité vlnové délky při teplotě t l = tloušťka vrstvy (v decimetrech) c = koncentrace roztoku (v g/ml)

  19. metoda měření stočení polarizovaného světla – polarimetrie schéma polarimetru:

  20. Ramanova spektroskopie při průchodu světla prostředím část světla rozptýlena (část absorbována, část beze změny projde) převážná část rozptýleného světla - rozptyl beze změny frekvence (vlnové délky) - Rayleighův rozptyl v malé míře - rozptyl doprovázen změnou l = Ramanův jev dokonale pružná srážka fotonu s molekulou - elastický rozptyl, nemění se frekvence nepružná srážka fotonu s molekulou - foton část své energie předá nebo jistou energii přijme

  21. Raman spectra can be obtained from most molecular samples, i.e. solids, liquids, gels, slurries, powders, films, etc. Raman spectra can even be obtained from some metals! Raman spectrum is a spectral “fingerprint”. If there are a number of different compounds in a mixture, the resulting Raman spectrum will be a superposition of the spectra of each of the components. The relative intensities of the peaks can be used to give quantitative information on the composition of a mixture of known compounds.

  22. ve spektru se objeví čáry s vyšší a nižší frekvencí než frekvence dopadajícího světla Ramanovy frekvence nezávisí na frekvenci dopadajícího záření (záleží na vzdálenosti vibračních a rotačních hladin v měřené látce) využiží Ramanovy spektroskopie: • strukturní analýza (potvrzení funkčních skupin) • analýza znečištění životního prostředí (plyny) • studium vesmíru (atmosféra vesmírných těles, povrch hornin) Raman. spektroskopie se doplňuje s IČ spektroskopií

  23. infračervená spektroskopis (IČ, IR) záření infračervené oblasti (1000 - cca 20 000 nm) - vyvolání přechodů vibračními a rotačními stavy molekul: http://en.wikipedia.org/wiki/Infrared_spectroscopy charakteristické pásy pro jednotlivé funkční skupiny analýza vibračních a rotačních stavů - informace o typech uskupení atomů v molekulách IČ spektrum - charakteristické pro danou sloučeninu (příprava vzorků – viz odkaz výše)

  24. IČ spektrum:

  25. princip IČ spektroskopie http://www.youtube.com/watch?v=DDTIJgIh86E tradiční příprava vzorku (tuhého) http://www.youtube.com/watch?v=g_pCDAi5kGI

  26. spektroskopie NMR (spektroskopie nukleární magnetické rezonance) absorpční spektroskopie v oblasti velmi krátkých vln (20 - 1000 MHz) za spolupůsobení stacionárního magnetického pole 1945 - poprvé pozorovány signály jader vodíku 50. léta - první sériové spektrometry 80. léta - zavedení supravodivých magnetů (zvýšenícitlivosti a rozlišení) dvoudimenzionální techniky využití ve zdravotnictví (MRI= mag. res. imaging)

  27. nukleární: využívá vlastností jader některých prvků, která mají rotační moment (spin) a s ním spojený magnetický moment spin charakterizován spinovým kvantovým číslem I (nabývá hodnot násobků 1/2) I = 0: 12C, 16O, 32S I = 1/2: 1H, 13C, 15N, 19F, 29Si, 31P I = 1: 2H (2D), 14N magnetická: jádra prvků s hodnotou celkového spinu I=1/2 mohou zaujmout v mag. poli 2 orientace (ty se liší energií)

  28. ozářením mikrovlnným zářením - “překlopení spinu” (pohlcením mikrovlnného záření dojde k excitaci) E

  29. při dosažení takové frekvence mikrovlnného záření, která je vhodná pro excitaci - hromadné překlápění spinu, resonance, resonanční pás na záznamu intenzity absorpce na frekvenci (vlnové délce)

  30. 1H spektrum CH3CH2OH: na přístroji s větším rozlišením - sousední skupiny ovlivňují jemnou strukturu píků - píky štěpeny podle počtu H atomů v sousední skupině

  31. Medical imaging (interakce záření s hmotou v medicíně): • radiografie (rtg) zlomeniny, patologické změny v plicích, • vizualizace vnitřních orgánů – kontrastní látky • tomografie (CT) – rtg paprsky, zobrazovány řezy, z nich složena 3-D • struktura • MRI (magnetic resonance imaging) – NMRI (nuclear m.r.i.) • krátké působení mag. pole - excitace protonu (H), • vypnutí – zruší se uspořádanost protonů s vnějším polem; • v různých tkáních různá doba návratu do „základnícho stavu“ • lze měřit rozdíl mezi patologickou a zdravou tkání (nádor) • nevýhody: kovové implantáty (ušní implantáty, kardiostimulátory), • klaustrofobie,

  32. PET (positron emission tomography) • zobrazování funkčních změn • isotop (s krátkou dobou života) emitující pozitron (18F) • inkorporován do glukózy (F18-fluorodeoxyglukoza) – tím • získán marker metabolické aktivity (infekce, rostoucí nádor) • pozitron + elektron – anihilace, dvě kvanta gama záření • http://www.petnm.unimelb.edu.au/pet/detail/principle.html