Lichtstreuung. Grunderscheinungen. Farbe von Gegenständen: Absorption + Streuung. gestreute Int. eintretende Intensität. A absorbierte Int.

Transkript

1 Grundrschinungn intrtnd Intnsität gstrut Int. S A absorbirt Int. Lichtstruung A: Absorption T: Transmission S: Struung T austrtnd Int. Lichtstruung: Ablnkung ds Lichts an klinn Tilchn odr rauhn Obrflächn (Inhomognitätn) Farb von Ggnständn: Absorption + Struung (Bis jtzt nur gradlinig Ausbritung ds Lichts mit Rflxion an Grnzflächn) Durch Lichtstruung wird grichtts Licht in diffuss Licht vrwandlt. Bi Nacht sind all Katzn grau. Im Dunkln sind all Küh schwarz.

2 Inhomognitätn in dr Größnordnung dr Wllnläng ds Lichts strun Licht räumlich Inhomognitätn statisch Lichtstruung Tilchn in inr Lösung/Gas zitlich Inhomognitätn/Fluktuationn dynamisch Lichtstruung Bobachtungsvolumn 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 <0.1 λ). Di gstrut Intnsität ist stark wllnlängabhängig (1/λ 4 ) Mi-Struung Dr Durchmssr dr Partikl ist in dr Grössnordung dr Wllnläng (0.1 λ < d < 10 λ) Gustav Mi nicht-slktiv Struung All Wllnlängn wrdn ungfähr glich binflusst Durchmssr dr Partikl ist vil größr als di Wllnläng (d > 10 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. Stuungsintnsität (%) Str ~ λ 4 Wllnlang (nm)

3 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. 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. E ablonski Diagramm Raman Struung S 1 T 1 S 0 UV-VIS IR Absorption Raman Fluorsznz Phosphorsznz

4 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 S 1 S 0 Stoks anti-stoks Raman Spktromtr Prob Filtr Dtktor Monokromator Di Intnsität um 2 bis 3 Größnordnungn gringr als bi dr lastischn Struung. Raman-Struung Vibrationszuständ sind spzifisch für di Molkül. Raman Spktroskopi Wirkstoffghalt inr Tabltt -mikroskopi-spktroskopi/raman-spktroskopi-tabltt.html

5 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 Lichtqull Mssung dr Lichtsruung: Nphlomtri und Turbidimtri Prob Dtktor (Turbidimtri) Str Str ~d 6 Dtktor (Nphlomtri) Anwndung: Statisch Lichtstruung Di Charaktrisirung dr Mikrostruktur von Mikromulsionn kann mit dr Mthod dr statischn Lichtstruung rfolgn, wnn di Strukturgrößn in dr Größnordnung inigr 100 nm lign. Mssmthod: Dynamisch Lichtstruung Fourir- Transformation Autokorrlationsfunktion Tilchnzählr 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

6 Grät: Dynamish Lichtstruung Absorption von Licht Absorption von Licht in inr Lösung Grundrschinungn gstrut Int. intrtnd Intnsität S A absorbirt Int. 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 A: Absorption T: Transmission S: Struung T austrtnd Int. Annahm: Dr größt Til ds Lichts wird absorbirt odr durchqurt. Manchmal di Struung ist nicht vrnachlässigbar.

7 infachst Situation: shr klin (infintisimal klin) Schichtdick Quantitativ Charaktrisirung dr Absorption Δx +Δ (Paralllstrahl, snkrcht fällt auf in Mdium) : di intrtnd Intnsität Δ : Vrändrung dr Intnsität (<0) + Δ : di austrtnd Intnsität Δ = μ Δx Lösung disr Diffrntialglichung: x odr: d dx = ( = 0 = μ μx Δ = μ Δx diffrnzirt Form ds Schwächungsgstzs 0 das Schwächungsgstz μ : charaktrisirt das Mdium (Schwächungsfaktor) 0 : di intrtnd Intnsität Δ Δx = μ Vrändrung (gnaur: di Ablitung) inr Funktion (hir: Intnsität) proportional zur Funktion (Intnsität) : di austrtnd Intnsität μ: dr (linar) Schwächungskoffizint (Schwächungsfaktor, Absorptionskoffizint), Einhit: 1/m, 1/cm Graphisch Darstllung ds Schwächungsgstzs Di Halbwrtsdick 0 0 ( = 0 δ μx x Einhit von μ: 1/m, 1/cm δ=1/μ, δ: in spzill Schichtdick x δ ( = 0 δ 1 0 ( δ ) = 0 δ = 0 = δ: di Schichtdick nach wlchr sich di Intnsität dr Strahlung auf dn - tn Til vrmindrt: Eindringtif ( = 0 μx D 2D x D: di Schichtdick nach wlchr sich di Intnsität dr Strahlung halbirt μ 0 ( D) = 0 D = 1 2 D 1 μ = = 2 + D μ = 2 2 ln μd = ln 2, μ = = D D ( = x D

8 Δ = μ Δx, μ = μ Schwächungskoffizint ( Mdium; Strahlung) = μ( Stoff, c; λ), wo c: di Konzntration dr Lösung λ: di Wllnläng für dünn Lösungn: μ ~ c μx +μx 0 μx = 0 0 = lg 0 Lambrt-Brschs Gstz μ = μ x lg = lg c x = ε c c Gültigkit: für dünn Lösungn dr (dkadisch molar) Extinktionskoffizint: (spktralr Absorptionskoffizint) = x ( Stoff λ) ε = ε ; wichtig: hängt von dr Konzntration nicht ab Optisch Dicht = Extinktion = Absorbanz OD E A Absorption klin ( = 0 ) gross (=0) 1 = 100 % Durchlässigkit wichtig Gröss 0 0 lg kin Bdutung 0 Absorbanc wichtigst Gröss Absorptionsspktrum wi groß ist di Spitz: quantitativ Analys wo ist di Spitz: qualitativ Analys

9 Das Mssgrät: Absorptionsspktrophotomtr DNA: F: Lichtqull (kontinuirlichs Spktrum) Mk: Monokromator (Aufspaltung ds Spktrums dr Lichtqull und Auswahl dr Wllnläng zur Durchluchtung dr Prob) M 0: Rfrnzlösung (z.b. Lösungsmittl) M: di zu mssnd Lösung D: Dtktor (photolktrisch Umwandlung) El: lktronisch Einhit (Vrstärkung und Hrstllung ds dr Extinktion proportionaln lktrischn Signals) R: Rgistration A Bstimmung ds Saurstoffghalts von Gwb Charaktrisation di Frisch von Flisch Konz. von Doxy und Oxy-Myoglobin Konz. von NO-Myoglobin... Strilisation Grmizidlamp mittirt wo di DNS absorbirt