Absorption von Licht. μ : Absorption von Licht in einer Lösung. Grunderscheinungen gestreute Int. Quantitative Charakterisierung der Absorption

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Oskar Brahms
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Absorption von Licht in inr Lösung Absorption von Licht

Absorption grün monokromatisch Lichtqull (lasr, λ = 532

Absorptionsfähigkit hängt von dr Wllnläng ab intrtnd

Grundrschinungn gstrut Int. S A absorbirt Int.

Annahm: Dr größt Til ds Lichts wird absorbirt odr

infachst Situation: shr klin (infintisimal klin)

+Δ (Paralllstrahl, snkrcht fällt auf in Mdium) : di

μ Δ μ : Δ Δ : = μ di austrtnd Intnsität diffrnzirt Form

1 Absorption von Licht in inr Lösung Absorption von Licht rot monokromatisch Lichtqull (lasr, λ = 633 nm) kin Absorption grün monokromatisch Lichtqull (lasr, λ = 532 nm) stark Absorption s gibt in Absorptionsfähigkit di Absorptionsfähigkit hängt von dr Wllnläng ab intrtnd Intnsität A: Absorption T: Transmission S: Struung Grundrschinungn gstrut Int. S A absorbirt Int. T austrtnd Int. Annahm: Dr größt Til ds Lichts wird absorbirt odr durchqurt. Di Struung ist jtzt vrnachlässigbar. infachst Situation: shr klin (infintisimal klin) Schichtdick Quantitativ Charaktrisirung dr Absorption Δ +Δ (Paralllstrahl, snkrcht fällt auf in Mdium) : di intrtnd Intnsität Δ : Vrändrung dr Intnsität (<) + Δ Δ = μ Δ μ : Δ Δ : = μ di austrtnd Intnsität diffrnzirt Form ds Schwächungsgstzs charaktrisirt das Mdium (Schwächungsfaktor) Vrändrung (gnaur: di Ablitung) inr Funktion (hir: Intnsität) proportional zur Funktion (Intnsität)

2 infachst Situation: shr klin (infintisimal klin) Schichtdick Quantitativ Charaktrisirung dr Absorption d +Δ (Paralllstrahl, snkrcht fällt auf in Mdium) : di intrtnd Intnsität d : Vrändrung dr Intnsität (<) + d : di austrtnd Intnsität Δ = μ Δ Lösung disr Diffrntialglichung: odr: d d = ( ) = = μ μ d = μ d diffrnzirt Form ds Schwächungsgstzs das Schwächungsgstz μ : charaktrisirt das Mdium (Schwächungsfaktor) : di intrtnd Intnsität d d = μ di Ablitung inr Funktion (hir: Intnsität) ist proportional zur Funktion slbst. : di austrtnd Intnsität μ: dr (linar) Schwächungskoffizint (Schwächungsfaktor, Absorptionskoffizint), Einhit: 1/m, 1/cm Graphisch Darstllung ds Schwächungsgstzs Di Halbwrtsdick ( ) = δ μ Einhit von μ: 1/m, 1/cm δ=1/μ, δ: in spzill Schichtdick δ ( ) = δ δ 1 ( δ) = = = δ: di Schichtdick nach wlchr sich di Intnsität dr Strahlung auf dn -tn Til vrmindrt: Eindringtif 2 4 ( ) = D 2D μ D: di Schichtdick nach wlchr sich di Intnsität dr Strahlung halbirt μ ( D) = D = 1 2 D 1 μ = = 2 + D μ = 2 2 ln μd = ln 2, μ = = D D ( ) =. 693 D

Optisch Dicht = Etinktion = Absorbanz OD E A Absorption klin ( = ) 1 = 1 % 1 gross (=) Durchlässigkit wichtig Gröss kin

Stoffart, N V ; λ = ( Stoffart,c; λ) ( Stoffart, ρ; λ) wo N: Anzahl dr Tilchn di absorbirn könnn (in Volumn V) c: Konzntration

wi groß ist di Spitz: quantitativ Analys lg μ = μ lg = lg c = ε c c Gültigkit: für dünn Lösungn dr (dkadisch molar)

3 Optisch Dicht = Etinktion = Absorbanz OD E A Absorption klin ( = ) 1 = 1 % 1 gross (=) Durchlässigkit wichtig Gröss kin Bdutung lg Absorbanc wichtigst Gröss Schwächungskoffizint Δ = μ Δ, N μ = μ Mdium; Strahlung = μ Stoffart, ; λ V μ ( ), Stoffart, N V ; λ = ( Stoffart,c; λ) ( Stoffart, ρ; λ) wo N: Anzahl dr Tilchn di absorbirn könnn (in Volumn V) c: Konzntration dr Lösung λ: Wllnläng ρ: Dicht μ μ bi Lösungn sonst Lambrt-Brschs Gstz Absorptionsspktrum für dünn Lösungn: μ ~ c = μ +μ μ = = wi groß ist di Spitz: quantitativ Analys lg μ = μ lg = lg c = ε c c Gültigkit: für dünn Lösungn dr (dkadisch molar) Etinktionskoffizint: (spktralr Absorptionskoffizint) ( Stoff λ) ε = ε ; wichtig: ε hängt von dr Konzntration nicht ab wo ist di Spitz: qualitativ Analys

4 Das Mssgrät: Absorptionsspktrophotomtr DNA: F: Lichtqull (kontinuirlichs Spktrum) Mk: Monokromator (Aufspaltung ds Spktrums dr Lichtqull und Auswahl dr Wllnläng zur Durchluchtung dr Prob) M : Rfrnzlösung (z.b. Lösungsmittl) M: di zu mssnd Lösung D: Dtktor (photolktrisch Umwandlung) El: lktronisch Einhit (Vrstärkung und Hrstllung ds dr Etinktion proportionaln lktrischn Signals) R: Rgistration A Bstimmung ds Saurstoffghalts von Gwb Lichtstruung Charaktrisation di Frisch von Flisch Konz. von Doy und Oy-Myoglobin Konz. von NO-Myoglobin... Strilisation Grmizidlamp mittirt wo di DNS absorbirt

intrtnd Intnsität Grundrschinungn gstrut Int. S absorbirt Int.

(Inhomognitätn) A: Absorption T: Transmission S: Struung A T austrtnd Int.

Lichtstruung wird grichtts Licht in diffuss Licht vrwandlt.

Wllnläng ds Lichts strun Licht räumlich Inhomognitätn statisch Lichtstruung Tilchn

5 intrtnd Intnsität Grundrschinungn gstrut Int. S absorbirt Int. Lichtstruung: Ablnkung ds Lichts an klinn Tilchn odr rauhn Obrflächn (Inhomognitätn) A: Absorption T: Transmission S: Struung A T austrtnd Int. (Bis jtzt nur gradlinig Ausbritung ds Lichts mit Rflion an Grnzflächn) Durch Lichtstruung wird grichtts Licht in diffuss Licht vrwandlt. Farb von Ggnständn: Absorption + Struung Inhomognitätn in dr Größnordnung dr Wllnläng ds Lichts strun Licht räumlich Inhomognitätn statisch Lichtstruung Tilchn in inr Lösung/Gas Bi Nacht sind all Katzn grau. Im Dunkln sind all Küh schwarz. zitlich Inhomognitätn/Fluktuationn dynamisch Lichtstruung Bobachtungsvolumn

lastisch Lichtstruung ohn Enrgiübrtragung auf das Strutilchn di

d.h. di Wllnläng vrgrößrt sich (Stoks) Raman-Struung Elastisch Lichtstruung

Durchmssr dr Partikl ist in dr Grössnordung dr Wllnläng (.

glich binflusst Durchmssr dr Partikl ist vil größr als di Wllnläng (d > 1

lktrischs Dipolmomnt, das aufgrund dr Schwingung ds lktrischn Fldvktors dr

6 lastisch Lichtstruung ohn Enrgiübrtragung auf das Strutilchn di Photonnnrgi/Wllnläng blibt Rayligh- und Mi- Struung inlastisch Lichtstruung di Photonnnrgi vrklinrt sich, d.h. di Wllnläng vrgrößrt sich (Stoks) Raman-Struung Elastisch Lichtstruung Rayligh-Struung Wchslwirkung mit Tilchn dssn Durchmssr vil klinr als di Wllnläng ist (d <.1 λ). Di gstrut Intnsität ist stark wllnlängabhängig (1/λ 4 ) Mi-Struung Dr Durchmssr dr Partikl ist in dr Grössnordung dr Wllnläng (.1 λ < d < 1 λ) Gustav Mi nicht-slktiv Struung All Wllnlängn wrdn ungfähr glich binflusst Durchmssr dr Partikl ist vil größr als di Wllnläng (d > 1 λ). Rayligh-Struung Licht induzirt in Atomn, Molküln und klinn Tilchn in lktrischs Dipolmomnt, das aufgrund dr Schwingung ds lktrischn Fldvktors dr lktromagntischn Strahlung bnfalls schwingt, wodurch das Molkül slbr lktromagntisch Strahlung mittirt. Dis Rayligh-Struung ist für dn blaun Himml und das rötlich Licht am Morgn und am Abnd vrantwortlich. Ist di Atmosphär dichtr, dann nimmt di Struung zu. Stuungsintnsität (%) Str ~ λ 4 Wllnlang (nm)

Mi-Struung Bi größrn Tilchn gilt di Dipolnährung nicht mhr, das hißt das induzirt lktrisch Dipolmomnt

Vilmhr kommt s zur Intrfrnz dr von dn untrschidlichn Struzntrn mittirtn Strahlung, di charaktristisch

Folglich könnn aus dr winklabhängig gmssnn, zitlich gmittltn Strulichtintnsität Information übr

Nicht-slktiv Struung In dism Brich ist di Struung unabhängig von dr Wllnläng.

Mssmthod: Statisch Lichtstruung Di zitlichn Mittlwrt dr Strulichtintnsität wrdn bi inm Winkl bstimmt.

7 Mi-Struung Bi größrn Tilchn gilt di Dipolnährung nicht mhr, das hißt das induzirt lktrisch Dipolmomnt kann nicht mhr mit inm Vktor bschribn wrdn. Vilmhr kommt s zur Intrfrnz dr von dn untrschidlichn Struzntrn mittirtn Strahlung, di charaktristisch ist für Durchmssr und Form ds strundn Tilchns (Mi-Struung). Folglich könnn aus dr winklabhängig gmssnn, zitlich gmittltn Strulichtintnsität Information übr Durchmssr und Struktur hinrichnd großr Tilchn gwonnn wrdn. Nicht-slktiv Struung In dism Brich ist di Struung unabhängig von dr Wllnläng. Dshalb siht das gstrut Licht wiss aus, zum Bispil das an Wolkn odr am Nbl gstrut Licht. Mssmthod: Statisch Lichtstruung Di zitlichn Mittlwrt dr Strulichtintnsität wrdn bi inm Winkl bstimmt. Di Struintnsität nimmt mit dr schstn Potnz ds Durchmssrs zu! Bstimmung von Molmassn Anwndung: Statisch Lichtstruung Di Charaktrisirung dr Mikrostruktur von Mikromulsionn kann mit dr Mthod dr statischn Lichtstruung rfolgn, wnn di Strukturgrößn in dr Größnordnung inigr 1 nm lign. Str ~d 6 Tilchnzählr

Mssung dr Lichtsruung: Nphlomtri und Turbidimtri (Trübung)

Fourir- Transformation Autokorrlationsfunktion Str Dtktor

dynamischn Lichtstruung Diffusionskoffizintn bzw.

Mit dr Stoks-Einstin-Bzihung lassn sich dann untr dr Annahm,

hydrodynamischn Radin dr diffundirndn Tilchn brchnn.

τ klin τ gross Zit E S 1 S Nichtlastisch Struung:

Fluorsznz Phosphorsznz T 1 Raman-Struung Bi dr Raman- Struung

. Di Molkül nhmn hirbi inn Til dr Lichtnrgi auf bzw.

8 Mssung dr Lichtsruung: Nphlomtri und Turbidimtri (Trübung) Dynamisch Lichtstruung Lichtqull Prob Dtktor (Turbidimtri) Fourir- Transformation Autokorrlationsfunktion Str Dtktor (Nphlomtri) = τ Partiklgröss D R H τ Man bstimmt mit dr dynamischn Lichtstruung Diffusionskoffizintn bzw. Vrtilungn von Diffusionskoffizintn. Mit dr Stoks-Einstin-Bzihung lassn sich dann untr dr Annahm, dass sphärisch Tilchn vorlign, aus dn Diffusionskoffizintn di hydrodynamischn Radin dr diffundirndn Tilchn brchnn. Bstimmung dr Partiklgrössnvrtilung Aut.KorrFunkt. τ klin τ gross Zit E S 1 S Nichtlastisch Struung: Raman-Struung Raman Struung UV-VIS IR Absorption Raman Fluorsznz Phosphorsznz T 1 Raman-Struung Bi dr Raman- Struung wrdn Molkül in andr Vibrationszustand vrstzt.. Di Molkül nhmn hirbi inn Til dr Lichtnrgi auf bzw. gbn inn Til ihrr Enrgi ab; di Wllnläng ds rückgstrutn Lichts wird durch di Struung gändrt. E Di Intnsität um 2 bis 3 Größnordnungn gringr als bi dr lastischn Struung. S 1 S Stoks anti-stoks

9 Raman Spktromtr Raman-Struung Prob Filtr Vibrationszuständ sind spzifisch für di Molkül. Monokromator Dtktor Raman Spktroskopi Wirkstoffghalt inr Tabltt -mikroskopi-spktroskopi/raman-spktroskopi-tabltt.html Tragbar Raman Spktromtrn für Stoffidntifizirung

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