BADANIE DYFRAKCJI ŚWIATŁA LASEROWEGO
Dualizm korpuskularno-falowy - cecha wielu obiektów fizycznych (np: światła czy elektronów) polegająca na tym, że w pewnych sytuacjach, zachowują się one jakby były cząstkami (korpuskułami), a w innych sytuacjach jakby były falami.
Fotometria – dział optyki dotyczący pomiarów wielkości charakteryzujących światło postrzeganych przez ludzkie oko w odróżnieniu od radiometrii, która dotyczy pomiarów energetycznych. W fotometrii istotne jest wrażenie jakie jest percypowane przez ludzkie oko na skutek stymulacji falą elektromagnetyczną. Punktem wyjścia fotometrii jest więc sposób funkcjonowania oka jako wybiórczego detektora widma elektromagnetycznego.
Obiektywne pomiary światła:
Przyrządy służące do porównywania natężenia źródeł światła noszą nazwę fotometrów. Rozróżnia się
fotometry wizualne, w których rejestratorem jest oko ludzkie, natomiast pomiar zazwyczaj jest porównawczy.
fotometry obiektywne (rejestracja obiektywna, elektroniczna). Do badania jasności źródła światła w funkcji długości fali świetlnej stosuje się spektrofotometry. Oprócz nich znane są jeszcze specjalne rodzaje fotometrów, do których zaliczamy:
luksomierze (do pomiaru natężenia promieniowania)
ławy fotometryczne (mierzące światłość)
densytometry (pomiar gęstości optycznej)
nefelometry (pomiar światłości światła rozproszonego)
kolorymetry.
Fotometry obiektywne (zazwyczaj spektrofotometry) działają w oparciu o zjawiska fotoelektryczne (np. fotodiody czy fotorezystory) lub termoelektryczne (zogniskowany strumień światła zmienia temperaturę czujnika). Padający strumień światła wytwarza bądź modyfikuje prąd elektryczny, który dzięki odpowiedniemu wykalibrowaniu fotometru służy do oceny wielkości fotometrycznych charakteryzujących dane źródło światła.
Wielkości fotometryczne i ich jednostki:
natężenie oświetlenia – jest to wielkość fizyczna równa stosunkowi strumienia świetlnego ΔΦ padającego prostopadle na dowolną powierzchnię do wartości pola tej powierzchni ΔS:
Jednostką natężenia jest luks (lx). Luks jest natężeniem oświetlenia danej powierzchni, gdy na 1m2 tej powierzchni pada prostopadle strumień światła równy jednemu lumenowi:światłość – wielkością określającą ilość światła wychodzącego ze źródła światła lub oprawy w ściśle określonym kierunku jest światłość. Liczona jest ona jako iloraz strumienia świetlnego Φ, wysyłanego przez źródło w elementarnym kącie bryłowym ω zawierającym dany kierunek, do wartości tego elementarnego kąta. Można ją wyliczyć ze wzoru:
strumień świetlny – jest to parametr określającymcałkowitą moc światła emitowanego z danego źródła. jest on określany wzorem:
ΔΦ = IΔω
Jednostką strumienia świetlnego jest lumen (lm). Jest to strumień świetlny wysyłany przez źródło o światłości 1cd w kąt bryłowy 1sr.napromieniowanie (J/m2)
natężenie napromieniowania (W/m2)
gęstość kątowa strumienia energii (W/sr)
luminacja energetyczna (W* m-2* sr-1 )
ilość światła (lm*s)
luminacja (cd/m2)
naświetlenie (lx* s).
Rodzaje widm – podział i powstawanie:
Widmo spektroskopowe:
Jest to zarejestrowany obraz promieniowania rozłożony na częstotliwości, długości fali lub energie, które zostało wyemitowane albo weszło w kontakt z analizowaną substancją, przeszło przez nią lub zostało przez nią odbite. Widma są w stanie dostarczyć szeregu cennych informacji o analizowanej substancji. Analizą i tłumaczeniem mechanizmów powstawania widm zajmuje się spektroskopia, metoda badawcza wykorzystywana w wielu dziedzinach nauk doświadczalnych, głównie fizyce i chemii, i w zastosowaniach praktycznych (np. w medycynie).
Widma możemy podzielić ze względu na:
wygląd:
widmo ciągłe – ma postać ciągłego obszaru lub szerokich pasów
widmo liniowe – ma postać oddzielnych linii na pasku widmowym (typowe dla atomów gazów rozrzedzonych)
rodzaj fali
sposób powstania:
widmo emisyjne – powstaje w wyniku emisji promieniowania przez ciało
absorpcyjne – powstaje w wyniku oddziaływania (przejścia lub odbicia) z jakąś substancją fali zazwyczaj o widmie ciągłym.
Widmo absorpcyjne:
Widmo absorpcyjne powstaje wówczas, gdy światło o widmie ciągłym przechodzi przez warstwę substancji pochłaniającej fale elektromagnetyczne o charakterystycznych dla siebie częstościach.
Widmo absorpcyjne ma postać ciemnych prążków (linie Fraunhofera) lub pasm na tle ciągłego widma emisyjnego. Badania widm optycznych pozwalają ustalić budowę atomów i cząsteczek, charakter oddziaływań międzyatomowych oraz skład chemiczny substancji.
Widmo absorpcyjne – istota absorpjometrii.
Widmo absorpcyjne - to takie, które powstaje podczas przechodzenia promieniowania elektromagnetycznego przez chłonny ośrodek absorbujący promieniowanie o określonych długościach. Można zarejestrować przy użyciu metod spektroskopii. Graficznie ma postać widma ciągłego z ciemnymi liniami (dla gazowych pierwiastków).
Absorpcjometria jest analityczn ą technik ą optyczn ą , wykorzystuj ą c ą zdolność substancji chemicznych będących w roztworze do pochłaniania ś wiatła całą swą objętoscią oraz pomiar natęż enia wiązki światła. Cząsteczki związków zdolnych do absorpcji promieniowania świetlnego są układami rezonansowymi, zdolnymi do drgań z częstotliwości ą zgodną z czę stotliwością drgań fal elektromagnetycznych o określonej długo ści fali. Róśne substancje pochłaniają promieniowanie zwykle o odmiennej długo ści fali, jeś li jednak pochłaniaj ą fale tej samej długo ści, to z różną intensywno ś cią.
Prawo Lamberta-Beera i ograniczenia jego stosowności
Prawo Lamberta-Beera jest wynikiem połączenia dwóch prostszych praw optyki, prawa Lamberta i prawa Beera. Prawo to głosi, że wielkość absorpcji światła jest wprost proporcjonalna do grubości ośrodka przez które to promieniowanie przechodzi, przy czym należy również uwzględnić stężenie tego ośrodka oraz jego właściwości optyczne.
Ograniczenia:
W myśl II prawa absorpcji zależność absorbancji od stężenia powinna mieć charakter liniowy. W praktyce spotykamy się z odchyleniami od przebiegu prostoliniowego, zarówno z ujemnymi, jak i z dodatnimi.
Główne przypadki odstępstw charakteryzują się zmianą współczynnika absorpcji (ε):
a) zmniejszanie się ze wzrostem stężenia;
b) wartości różne od rzeczywistej niezależnie od stężenia; (c) wzrost ze wzrostem stężenia.
Powyższe odchylenia mogą być wywołane przez:
podstawowe ograniczenia praw
współczynnik absorpcji zależy od współczynnika załamania promieniowania w danym środowisku; dla roztworów rozcieńczonych (c<10-2 mol·dm-3) współczynnik załamania jest stały i identyczny ze współczynnikiem załamania czystego rozpuszczalnika. W roztworach o większych stężeniach, zmiany wartości współczynnika załamania mogą być przyczyną odstępstw od praw absorpcji,
występowanie innego niż absorpcja oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego.
czynniki chemiczne powodujące odchylenia od prostoliniowego przebiegu absorbancji związane są z reakcjami chemicznymi zachodzącymi w analizowanym roztworze. Ponadto prawo Lamberta może być spełnione tylko dla przypadku istnienia w roztworze jednej formy cząsteczek. W wyniku zmiany pH czy stężenia roztworu część z nich może ulec zmianom lub deformacjom (dysocjacja, asocjacja, polimeryzacja, solwatacja, a także różne reakcje
kompleksowania) co prowadzi do zmiany wartości molowych współczynników adsorpcji odpowiednich cząstek i zaburzenie prostoliniowego charakteru zależności A=f(c).
czynniki aparaturowe.
brak ścisłej monochromatyzacji wiązki promienia,
jeżeli w przyrządzie zachodzi rozpraszanie promieniowania; wywiera ono tym większy
wpływ, im większe są wartości mierzonych absorpcji,
zbyt duża szerokośćspektralna wiązki promieniowania przechodzącego przez próbkę.
Transmisja i ekstynkcja:
Ekstynkcja, synonim absorbancji – jest to wielkość fotometryczna opisująca osłabienie strumienia promieniowania monochromatycznego przechodzącego przez dany ośrodek.
Czasami potrzebna jest informacja o tym, jaką ilość światła przepuściła dana substancja. Informację tę daje nam wielkość zwana transmisją (lub przepuszczalnością). Zarówno ekstynkcja jak i transmisja dla danej substancji zależy od długości fali padającego na nią światła. Dlatego pomiarów dokonujemy za pomocą tak zwanych kolorymetrów, które oświetlają badaną substancję monochromatyczną (jednobarwną) wiązką światła i porównują jej natężenie przed i po przejściu przez substancję.
Barwy ciał:
Zabarwienie ciała wynika z:
selektywnego odbicia światła, tzn. odbicia fal o określonych długościach (barwa ciała w świetle odbitym)
selektywnego przepuszczania światła (barwa ciała w świetle przepuszczonym)
interferencji światła (barwy interferencyjne).
Oko ludzkie reaguje na długości fal z przedziału od 380nm (fiolet) do 780nm (czerwień). Sprawę widzenia barwnego wyjaśnia trójchromatyczna teoria widzenia barw opracowana w XIX w. przez Younga i Helmholtza, według której w widzeniu barwnym współpracują trzy rodzaje czopków, z których każdy zawiera inny barwnik :
wrażliwy na światło niebieskie ok.440nm
wrażliwy na światło zielone ok.530nm
wrażliwy na światło czerwone ok.567nm
Kombinacja pobudzeń różnych czopków daje pełne wrażenia odbierania barw.
Wyszukiwarka