Damjanovich: Orvosi Biofizika alapján

Az előadások a következő témára: "Damjanovich: Orvosi Biofizika alapján"— Előadás másolata:

1 Damjanovich: Orvosi Biofizika alapján
Energia Damjanovich: Orvosi Biofizika alapján

2 Az atom szerkezete:pg 1-7
1897-ben Joseph John Thomson

3 I. 1. ábra. Rutherford szóráskísérlete
I.1. ábra. Rutherford szóráskísérlete. Az atomokat bombázó α-részecskék csak ritkán kerülnek szembe az atommaggal

4 Az energiakvantum közvetlen bizonyítéka
1914-ben James Franck és Gustav Ludwig Hertz német fizikusok kisnyomású higanygőzzel töltött speciális elektroncsövet szerkesztettek és ezzel vizsgálták az elektronok és a Hg-atomok ütközését (lásd a „Franck–Hertz-kísérlet”). (U rács < U*), addig az ütközések rugalmasak és az elektron energiaveszteség nélkül – úgy, mint egy labda a merev falról – lepattan a csaknem 400 ezerszer nagyobb tömegű Hg-atomokról. Így növekvő U rács mellett a kis fékező tér (-U anód ) ellenére is egyre több elektronnak sikerül eljutnia az anódra, tehát nő az I anódáram. Amikor U rács eléri a kritikus értéket (U rács = U*), és a felgyorsított elektron már megfelelően nagy energiával (eU*) rendelkezik, az ütközés rugalmatlanná válhat, melynek során az elektron átadja energiáját az egyik Hg- atomnak. Emiatt az energiájuktól megfosztott elektronok nem lesznek képesek az ellentéren (–U anód ) át az anódra jutni, tehát az anódáram csökkenni kezd.

5 Bohr-féle atommodell: 1913-ban, Niels Bohr

6 Az anyag kettős természete – interferencia - fotonok
Fény - elektron I.3. ábra. Nagy sebességű elektronok aranyfólián történő elhajlása. (Kísérleti elrendezés és elhajlási kép.) p = m e v

7

8 A fény keletkezése – hőmérsékleti sugárzás pg.119-126
A két mennyiség tehát fordítottan arányos egymással, így λ max a hômérséklet növekedésével a rövidebb hullámhosszak felé tolódik. Ez a Wien-féle eltolódási törvény, melyben az állandó értéke 2,9·10 -3 m·K.

9

10 Spektroszkópiai módszerek
Abszorbciós spektrum pg.418 Lambert–Beer-törvény. A kifejezésben x = l az oldatot tartó négyszög alakú üvegküvetta által kialakított rétegvastagság. C: koncentráció ε(λ) = lge . ε*(λ) moláris extinkciós együttható optikai sûrûség (optikai denzitás: OD) vagy abszorbancia (A)

11

12 Spektroszkópia a látható tartományban
Pld. Láng spektroszkópia (gáz kromatográfia)

13

14 Az infravörös sugárzás tartományokra osztása
Infravörös spektroszkópia (pg 426) Az infravörös sugárzás tartományokra osztása Középső vagy analitikai IR (MIR) Távoli IR (FIR) Közeli IR (NIR) Látható (VIS) Mikrohullám (MW) n / cm1 ~ Jelenség rezgési felhangok szerves molekulák alaprezgései nagyamplitudójú rezgések, fémkomplexek, fémorganikus mol. rezg., kismolekulák forgása, rácsrezgések Alkalmazás elsősorban mennyiségi analízis (pl. műanyag-, élelmiszeripar) minőségi analízis, szerkezeti információ elsősorban szerkezeti információ Optikai elemek (ablakok, lencsék, mintatartók) kvarcüveg ↓ üvegszáloptika használatának lehetősége Ionrácsos anyagok: KBr, NaCl, CsCl, CaF2, ZnSe, KRS5 (TlBr/TlI) Si, Ge polietilén

15 Normálrezgések Széndioxid Víz + - szimmetrikus nyújtás
(vegyértékrezgés) aszimmetrikus nyújtás (degenerált) hajlítás (deformációs rezgés) hajlítás IR:  Raman: + IR: + Raman:  Kölcsönös kizárási szabály: inverzió centrummal rendelkező molekulák esetében egy normál rezgés vagy csak IR, vagy csak Raman aktív lehet.

16 Infravörös és Raman spektroszkópia
Forrás (feketetest sugárzó → fehér fény) Rés és egyéb optikai elemek Diszperziós elem (rács v. prizma) vagy interferométer: Diszperziós és Fourier-transzformációs (FT-IR) készülék Minta Detektor ABSZORBCIÓS IR EMISZZIÓS IR Forrás=minta REFLEXIÓS IR RAMAN SPEKTROSZKÓPIA Lézer (monokromatikus fényforrás) Polarizációs szűrő (polarizációs Raman mérésekhez) n0 n0±ni Stokes, anti-Stokes

17 Infrared spectroscopy exploits the fact that molecules have specific frequencies at which they rotate or vibrate corresponding to discrete energy levels (vibrational modes). These resonant frequencies are determined by the shape of the molecular potential energy surfaces, the masses of the atoms and, by the associated vibronic coupling. In order for a vibrational mode in a molecule to be IR active, it must be associated with changes in the permanent dipole. In particular, in the Born-Oppenheimer and harmonic approximations, i.e. when the molecular Hamiltonian corresponding to the electronic ground state can be approximated by a harmonic oscillator in the neighborhood of the equilibrium molecular geometry, the resonant frequencies are determined by the normal modes corresponding to the molecular electronic ground state potential energy surface. Nevertheless, the resonant frequencies can be in a first approach related to the strength of the bond, and the mass of the atoms at either end of it. Thus, the frequency of the vibrations can be associated with a particular bond type.

18 Karakterisztikus kötési és csoportfrekvenciák

19 The Raman effect occurs when light impinges upon a molecule and interacts with the electron cloud of the bonds of that molecule. The incident photon excites one of the electrons into a virtual state. For the spontaneous Raman effect, the molecule will be excited from the ground state to a virtual energy state, and relax into a vibrational excited state, which generates Stokes Raman scattering. If the molecule was already in an elevated vibrational energy state, the Raman scattering is then called anti-Stokes Raman scattering.

20 A hagyományos (diszperziós) és a Fourier-tanszformációs spektrométer összehasonlítása
A Fourier transform spectrometer is an interferometer with a movable mirror. By scanning the movable mirror over some distance, an interference pattern is produced that encodes the spectrum of the source (in fact, it turns out to be its Fourier transform).

21 Lumineszcencia, fluoreszcencia és foszforeszcencia pg. 433
VI.24. ábra. A Jablonski-diagram (a vibrációs szintekre szuperponálódó rotációs szintek nincsenek feltüntetve). A kis nyilak a négyzetekben a spinek állapotát mutatják A gerjesztett elektronállapotból származó fényemissziót, a fluoreszcenciát és a foszforeszcenciát gyûjtônéven lumineszcenciának nevezzük

22 Fluorescence spectroscopy

23 Fényforrás – detektor - monokromátor

24