Оптические методы исследования Оптические методы исследования отличаются

Оптические методы исследования

Оптические методы исследования отличаются высокой точностью и чувствительностью, удобством измерения характеристик изучаемых веществ, поэтому приобретают все более широкое распространение. 2

Рефрактометрия -один из распространённых методов идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа веществ. -Основан на определении показателя преломления среды с - скорость света в вакууме, υ - скорость света в этой среде. -Применяется для установления подлинности и чистоты лекарственных веществ, качества пищевых продуктов и др. 3

Преломление (рефракция) и отражение Световой луч на границе раздела двух прозрачных сред отражается и преломляется (проходит во вторую среду изменив направление). Угол отражения β равен углу падения α, а угол преломления γ зависит от соотношения показателей преломления граничащих сред. αβ α=β γ α≠γ 4

Закон Снелла преломления света n 1 n 2 Если n 1 > n 2, или первая среда оптически более α γ плотная, то γ >. 5

Полное внутреннее отражение При γ=π/2, = пр n 1 n 2 αпр γ Возникает явление полного внутреннего отражения. 6

Волоконная оптика. Световод Волоконная оптика основана на явлении полного внутреннего отражения. Свет, попадая внутрь прозрачного волокна, окруженного веществом с меньшим показателем преломления, многократно отражается и распространяется вдоль этого волокна. 7

n 1 n 2 Предельное преломление света Если n 2 > n 1, или вторая среда α оптически более плотная, то > γ. γ При = /2 (падающий луч идет вдоль границы), из закона преломления следует n 1 n 2 α γпр Свет не проходит в область второй среды γ > γпр. 8

Рефрактометр Аббе γпр Призмы из специального стекла (n 1, 7). 9

Рефрактометр Аббе 10

Поглощение излучения При прохождении излучения по веществу, его энергия обычно уменьшается, превращаясь в другие виды происходит поглощение. μ I Io x 11

Закон Бугера I I 0/2 d 1/2 x μ - натуральный показатель поглощения, зависит от типа поглотителя и от длины волны излучения.

Закон Бугера-Ламберта-Бера D = lg (I 0 / I) = k C x - молярный коэффициент поглощен С – концентрация, x – толщина поглотителя.

Условия применимости закона Бугера-Ламберта. Бера на практике 1. используется монохроматический свет; 2. молекулы растворенного вещества в растворе распределены равномерно; 3. при изменении концентрации характер взаимодействия между растворенными молекулами не меняется, т. е. пренебрегается взаимодействием между молекулами растворенного вещества, что справедливо только для разбавленных растворов вдали от насыщения; 4. в процессе измерения не происходят фотохимические реакции; 5. интенсивность света должна быть не очень высокой. 14

Фотоколориметрия. Градуировочная линия колориметра D Dx 0 Cx C

Фотоколориметрия. Градуировочная линия колориметра D=k. Cx

Поляризация света υ 17

Поляризация света В естественном свете векторы разных фотонов колеблются во всевозможных направлениях. Такой свет называется неполяризованным. В случае, если колебания светового вектора в луче упорядочены каким-либо образом, то свет называется поляризованным. В частности, если плоскость колебании вектора занимает постоянное положение в пространстве, свет называется плоскополяризованным. Плоскость, в которой происходят колебания светового вектора, называется плоскостью поляризации. 18

Поляризация света E ГПП с E 19

Закон Малюса Интенсивность света, вышедшего из анализатора описывается законом Малюса: I=I 0 cos 2φ, где I 0 – интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор; φ - угол между плоскостью поляризации поляризованного света и плоскостью анализатора или угол между главными плоскостями поляризатора и 20 анализатора.

Оптическая активность и закон Био для растворов Δφ=[α] C L где [α] –удельное вращение вещества, C – концентрация ОАВ в растворе. E с ОАВ E L 21

Поляриметр - прибор для измерения Δφ в растворе ОАВ. 22

Сахариметр Этот метод называется поляриметрией. В клинической практике он применяется для количественного определения сахара в моче. Используемый для этого поляриметр называют сахариметром. 23

Основы квантовой механики Квантовая гипотеза Макса Планка (1900): любая энергия E поглощается или испускается только дискретными порциями, которые состоят из целого числа квантов. E =hν h=6, 626· 10 -34 Дж·c – постоянная Планка, ν – частота колебаний для излучения. 24

Планетарная модель атома 25

Корпускулярно-волновой дуализм • В ряде экспериментов свет ведет себя как волна, однако, в некоторых – как поток частиц. С другой стороны, многие элементарные частицы в некоторых экспериментах проявляют волновые свойства. Тогда о потоке частиц (корпускул) говорят как о волне де Бройля. 26

Корпускулярно-волновой дуализм • Опыты с фотоэффектом показывают, что свет ведет себя не как волна, а как поток отдельных частиц – фотонов, которые образуются при излучении, летят в каком-то направлении и, поглощаясь целиком, отдают свою энергию другой частице. Но если фотон ведет себя как частица, то он должен иметь определенный импульс: • Если в этом выражении c/ν=λ, то P=h/λ, где λ – длина волны де Бройля. 27

Соотношение неопределенности Гейзенберга Рх x >ћ, где x – неопределенность по координате х; Рх – неопределенность х–вой составляющей импульса, ћ = h/(2 ). • Соотношение Гейзенберга связано с невозможностью полного устранения влияния процесса измерения на измеряемые величины. 28

Постулаты Бора 1) Атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия En. В стационарных состояниях атом не излучает. 2) При переходе атома из одного квантового состояния в другое атом испускает или поглощает квант электромагнитного излучения (фотон). hν = Em – Ek, 29

Излучение и поглощение Еm - излучение Еk< Еm Еk Еk< Еm Еm - поглощение Еk

Спектр - зависимость интенсивности, определяемой энергией квантовых переходов, или молярного коэффициента поглощения излучаемого света от длины волны. По виду спектра можно идентифицировать атомы и молекулы, а по интенсивности спектральных линий можно проводить количественный спектральный анализ с концентрацией до 10– 6 % в образцах малой массы (10– 5 г). 31

Спектры излучения и поглощения (по типу вещества) I I I а) – сплошной, б) – полосатый, с) – линейчатый спектры 32

Спектроскопия В зависимости от частоты фотона испускаемого или поглощаемого атомом или молекулой классифицируют следующие виды спектроскопии: радиоспектроскопия (спектр ядерного магнитного резонансного поглощения вещества – ЯМР), инфракрасная, видимого излучения, ультрафиолетовая и рентгеновская. 33

Спектроскопия В медицине эмиссионный спектральный анализ используют для определения микроэлементов в тканях организма, малых концентраций атомов тяжелых металлов в консервированных продуктах, некоторых видов ядов в трупных тканях для целей судебной медицины. 34

35

спектр поглощения суспензии эритроцитов спектр поглощения кожи человека - монохроматический молярный показатель поглощения 36