Click here to load reader

5 Spectroscopy ilukacevic/dokumenti/materijali... · PDF file Daleki IR (FIR): 25000 nm – 350000 ... spektra Apsorpcija: prijelaz iz nizeg u vise stanje s prijenosom energije od

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of 5 Spectroscopy ilukacevic/dokumenti/materijali... · PDF file Daleki IR (FIR): 25000 nm...

  • Spectroscopy Systems and

    Spectroscopy Applications

    Atomska fizika i spektroskopija Predavanje 5

  • Sadrzaj

    � Reference � Ciljevi � Spektroskopija

    � Sto je spektroskopija ? � Osnove: opci principi i pojmovi

    � Energija molekule � Procesi

    � Apsorpcija � Emisija � Rasprsenje

    � Kratak pregled nekih vrsta (ne svih) spektroskopija � Apsorpcijska spektroskopija � Fluorescencijska spektroskopija � Raman spektroskopija

  • Sadrzaj nast.

    � Spektroskopska oprema � Komponente

    � Izvori � Laseri � Lampe (“broad band”)

    � Spektrografi i resetke � Vezanje � Fizika opticke resetke

    � difrakcija � redovi � ucinkovitost � disperzija i razlucivost

    � Detektori � “Array detection” i CCD-ovi

  • Reference

    � Spektroskopija http://www.chem.vt.edu/chem-ed/spec/spectros.html

    � Internet Journal of Vibrational Spectroscopy http://www.ijvs.com/archive.html

    � The Optics of Spectroscopy http://www.jyinc.com/systems/theory/oos/oos.htm

    � Oriel: TUTORIAL (pdf) http://www.oriel.com/tech/tutori.htm

    � Resetke http://cord.org/cm/leot/course06_mod09/mod06_09.htm

    � Ostali izvori � http://www.spectroscopymag.com/ � http://directory.google.com/Top/Science/Chemistry/

    Analytical/Instruments/

  • Primjeri biomedicinske spektroskopije

    � Ne-invazivno promatranje glukoze � Near-Infrared Absorption Spectroscopy

    � http://www.rgmt.com/

    � Fluorescence Spectroscopy � http://www.argose.com/

    � Raman Spectroscopy � http://www.lightouchmedical.com/

    � Pre-Cancer/Cancer detection � Fluorescence Spectroscopy

    � http://www.spectrx.com/ � http://www.medispectra.com/ � http://www.lifespex.com/

  • Ciljevi

    � Uvod u spektroskopiju � Sto je to?

    � Energijski nivoi � Osnovni procesi � Vrste spektroskopija

    � Pregled primjena

    � Uvod u spektroskopsku opremu � Koje su glavne komponente i koja je njihova

    uloga ? � Osnove fizike/optike u pozadini � Osnovna razmatranja o sastavljanju opreme

  • Spectroscopy

    � Definicija: Proucavanje strukture i dinamike tvari putem njihovog medudjelovanja s elektromagnetskim zracenjem.

    � Valna duljina (energija) odreduju medudjelovanje s tvarima � Apsorpcija � Emisija � Rasprsenje

    � Ova medudjelovanja su “probe” za dobivanje informacija o uzorcima

    � Kvantifikacija sastavnih dijelova � Identifikacija (“spektralni potpis”)

    � Dinamicke promjene u sastavu (kinetika reakcija, itd.)

  • Spectroscopy

    � Definicija: Proucavanje strukture i dinamike tvari

    putem njihovog medudjelovanja s elektromagnetskim

    zracenjem. � Valna duljina (energija) odreduju

    medudjelovanje s tvarima � Apsorpcija � Emisija � Rasprsenje

    � Ova medudjelovanja su “probe” za dobivanje informacija o uzorcima

    � Kvantifikacija sastavnih dijelova � Identifikacija (“spektralni potpis”)

    � Dinamicke promjene u sastavu (kinetika reakcija, itd.)

  • Spectroscopy

    � Definicija: Proucavanje strukture i dinamike tvari

    putem njihovog medudjelovanja s elektromagnetskim

    zracenjem. � Valna duljina (energija) odreduju

    medudjelovanje s tvarima � Apsorpcija � Emisija � Rasprsenje

    � Ova medudjelovanja su “probe” za dobivanje informacija o uzorcima

    � Kvantifikacija sastavnih dijelova � Identifikacija (“spektralni potpis”)

    � Dinamicke promjene u sastavu (kinetika reakcija, itd.)

  • Spectroscopy

    � Definicija: Proucavanje strukture i dinamike tvari

    putem njihovog medudjelovanja s elektromagnetskim

    zracenjem. � Valna duljina (energija) odreduju

    medudjelovanje s tvarima � Apsorpcija � Emisija � Rasprsenje

    � Ova medudjelovanja su “probe” za dobivanje informacija o uzorcima

    � Kvantifikacija sastavnih dijelova � Identifikacija (“spektralni potpis”)

    � Dinamicke promjene u sastavu (kinetika reakcija, itd.)

  • Spectroscopy

    � Definicija: Proucavanje strukture i dinamike tvari

    putem njihovog medudjelovanja s elektromagnetskim

    zracenjem. � Valna duljina (energija) odreduju

    medudjelovanje s tvarima � Apsorpcija � Emisija � Rasprsenje

    � Ova medudjelovanja su “probe” za dobivanje informacija o uzorcima

    � Kvantifikacija sastavnih dijelova � Identifikacija (“spektralni potpis”)

    � Dinamicke promjene u sastavu (kinetika reakcija, itd.)

  • Energija molekule

    Emolecule = Eelectronic + Evibrational + Erotational + Espin + Etranslational

    Nas zanimaju: � Eelectronic � Evibrational � Erotational

  • Energy of a Molecule (ubaciti slike!!!!!!!)

    Eelectronic → 105 – 106 kJ/mol → UV-Vis UV-Vis podrucje: 200 – 700 nm

    Evibrational→ 10 – 40 kJ/mol → IR Blizu IR (NIR): 800 – 2500 nm (5000 nm) Srednji IR (MIR): 5000 nm – 25000 nm (5 µm – 25 µm) Daleki IR (FIR): 25000 nm – 350000 nm

    Erotational→ 10 kJ/mol → mikrovalovi Mikrovalno podrucje: 10-3 – 1 m

    Espin→ 10-3 J/mole → radiovalovi Etranslational→ kontinuirani spektar

  • Energy of a Molecule (ubaciti slike!!!!!!!) Eelectronic → 105 – 106 kJ/mol →

    UV-Vis UV-Vis podrucje: 200 – 700 nm

    Evibrational→ 10 – 40 kJ/mol → IR Blizu IR (NIR): 800 – 2500 nm (5000 nm) Srednji IR (MIR): 5000 nm – 25000 nm (5 µm – 25 µm) Daleki IR (FIR): 25000 nm – 350000 nm

    Erotational→ 10 kJ/mol → mikrovalovi Mikrovalno podrucje: 10-3 – 1 m

    Espin→ 10-3 J/mole → radiovalovi Etranslational→ kontinuirani spektar

  • Energy of a Molecule (ubaciti slike!!!!!!!) Eelectronic → 105 – 106 kJ/mol →

    UV-Vis UV-Vis podrucje: 200 – 700 nm

    Evibrational→ 10 – 40 kJ/mol → IR Blizu IR (NIR): 800 – 2500 nm (5000 nm) Srednji IR (MIR): 5000 nm – 25000 nm (5 µm – 25 µm) Daleki IR (FIR): 25000 nm – 350000 nm

    Erotational→ 10 kJ/mol → mikrovalovi Mikrovalno podrucje: 10-3 – 1 m

    Espin→ 10-3 J/mole → radiovalovi Etranslational→ kontinuirani spektar

  • Energy of a Molecule (ubaciti slike!!!!!!!) Eelectronic → 105 – 106 kJ/mol →

    UV-Vis UV-Vis podrucje: 200 – 700 nm

    Evibrational→ 10 – 40 kJ/mol → IR Blizu IR (NIR): 800 – 2500 nm (5000 nm) Srednji IR (MIR): 5000 nm – 25000 nm (5 µm – 25 µm) Daleki IR (FIR): 25000 nm – 350000 nm

    Erotational→ 10 kJ/mol → mikrovalovi Mikrovalno podrucje: 10-3 – 1 m

    Espin→ 10-3 J/mole → radiovalovi Etranslational→ kontinuirani spektar

  • Energija molekule (Jablonski diagram)

  • Procesi (sto nam govori prethodna slika?)

    � Apsorpcija: iz osnovnog u pobudeno stanje � (10-15 s)

    � Relaksacija: iz pobudenog u osnovno stanje � Unutarnja konverzija (IC)

    � relaksacija vibracijskih stanja bez zracenja (10-12 - 10-14 s)

    � Emisija � fluorescencija (spontana emisija: 10-10 - 10-8 s) � fosforescencija (10-3 - 10-0 s)

    � zahtjeva intersystem crossing (promjena elektronskog spina) � osnovno stanje – singlet � pobudeno stanje – singlet � promjena spina – triplet � intersystem crossing � potrebna jos jedna promjena spina kako bi prijelaz u

    singletno osnovno stanje bilo moguce

  • Fluorescencija, fosforescencija i “intersystem crossing”

    � Opcenito, elektroni u molekulama su spareni – po dva u svaki orbital

    � Osnovno stanje vecine molekula je singletno � rezultat dozvoljenih apsorpcija je, takoder,

    singletno stanje, jer je promjena spina elektrona, tehnicki, “zabranjen” proces

    � “zabranjen” treba shvatiti u smislu vjerojatnosti, a ne apsolutno

    � fotoni ne nose spin

    � Pobudenjem elektron prelazi u prazni orbital, cime se oslobada nuznosti sparenih spinova

  • Fluorescencija, fosforescencija i “intersystem crossing”

    � Struktura se moze relaksirati direktno u osnovno stanje � fluorescencija

    � Moguc je, medutim, ISC, koji dopusta pobudenom singletnom stanju da prijede u odgovarajuce pobudeno tripletno stanje � pobudeno elektronsko stanje moze biti ili singletno (svi

    spinovi spareni) ili tripletno (dva spina nesparena)

    � IC se dogada bez zracenja (sudari, toplina)

    � jednom u tripletnom stanju, vracanje u osnovno singletno stanje je “zabranjeno” (opet u smislu vjerojatnosti) � zbog toga, molekula ostaje u tripletnom stanju zantno

    duze nego inace. Kada se emisija konacno dogodi, naziva se fosforescencija

  • Apsorpcijska spektroskopija

    � Ako se mjeri u UV-Vis (optickom) dijelu emg spektra � Apsorpcija: prijelaz iz

    nizeg u vise stanje s prijenosom energije od polja zracenja k apsorberu (molekuli)

    � ukljucuje prijelaze izmedu elektronskih stanja

    � spektar atoma ili molekule ovisi o strukturi energijskih nivoa, sto apsorpcijske spektre cini korisnima za identifikaciju sastava

    � Mjerenje koncentracije apsorbera u uzorku se postize primjenom Beer- Lambertovog zakona

    Credit: NASA, Bernard Schmitt, and UKIRT.

Search related