Fényszórás (sztatikus és dinamikus) Ülepítés gravitációs erőtérben

Az előadások a következő témára: "Fényszórás (sztatikus és dinamikus) Ülepítés gravitációs erőtérben"— Előadás másolata:

1 Fényszórás (sztatikus és dinamikus) Ülepítés gravitációs erőtérben
Módszerek Fényszórás (sztatikus és dinamikus) Ülepítés gravitációs erőtérben Centrifugálás (tájékoztatásul) Diffúzió mérése (tájékoztatásul) Ozmózisnyomás mérése

2 Fényszórás Isz I0 I Látható fény csak akkor szóródik, ha a rendszer optikailag inhomogén, és az eltérő törésmutatójú helyek kiterjedése kolloidális méretű. τ: zavarossági koefficiens (turbiditás) d: rétegvastagság Ha nincs abszorbancia és reflexió: Méret növekedésével az oldalirányokban kilépő fény mennyisége először nő, majd csökken: belső interferencia + makroszkopikus reflexió

3 Rayleigh-szórás: mikrofázisokra
Fényszórást leíró modellek osztályozásának alapja: Részecske mérete Részecske és a közeg törésmutatójának különbsége Törésmutató különbség oka Rayleigh-szórás: mikrofázisokra méret (átmérő) < 0,1 λ, a törésmutatók különbsége nagy, amely a fázishatároknál jelentkezik (Rayleigh-tartomány) II. Debye-szórás: makromolekulás oldatokra méret < 0,1 λ, a törésmutatók különbsége kicsi (koncentráció fluktuációk miatt, Debye-tartomány) III. Mie-szórás: durvább mikrofázisokra (néhány 100 nm-es részecskék)

4 “l” a szórócentrum és a megfigyelő távolsága
Rayleigh-szórás (egyetlen részecskére) pontszerű fényforrás és a közeg kontinuum A szórt fény intenzitása: Lord Rayleigh ( ) V2 (r6) 1/ λ 4 n = nr / nk “l” a szórócentrum és a megfigyelő távolsága Szórás csak akkor, ha van törésmutató különbség A szóródás a részecske térfogatával négyzetesen nő Az szórt fény intenzitása (és polarizáltsága!) irányfüggő (SUGÁRTEST) A kisebb hullámhosszú fénysugarak jobban szóródnak (ég színe) Levegő: I=I0/e d=100 km Sűrűség fluktuáció miatt!

5 Sugártest Isz I0 I I0 Isz Vertikálisan polarizált 0° 0°
Polarizálatlan Polarizálatlan 0° 0° Eredő intenzitás Isz Horizontálisan polarizált 90° Teljes polarizáció 90°–os irányban

6 MÉRETMEGHATÁROZÁSRA TÚL ÉRZÉKENY,
inkább koncentráció meghatározásra alkalmas A: állandó V: egyetlen részecske térfogata Több részecskére: db/cm3 Ha nincs valós abszorbancia, akkor a turbiditás helyett látszólagos abszorbanciát (Ab) is mérhetünk, amelyből a turbiditás számítható (Ab = τ/2,3).

7 Turbiditás arányos a koncentrációval és fordítottan arányos dπ/dρ-val:
Tájékoztatásul Debye-szórás: makromolekulák moltömegének meghatározása Turbiditás arányos a koncentrációval és fordítottan arányos dπ/dρ-val: H= f( λ, a közeg törésmutatója és az oldat törésmutatójának inkrementuma); konstans; ρ: tömegkoncentráció (kg/m3); π: ozmózis nyomás Ideális esetben:

8 Azaz ρ 0 M meghatározható (tömegátlag)
Tájékoztatásul Nem ideális: B: meredekség (második viriál együttható) Azaz ρ 0 M meghatározható (tömegátlag) A gyakorlatban nem turbiditást mérnek, hanem szórt fény intenzitást (90°-nál), melyből meghatározzák a redukált szórás intenzitást.

9 K: rendszerre jellemző optikai állandó
Tájékoztatásul A gyakorlatban nem turbiditást mérnek, hanem szórt fény intenzitást (90°-nál), melyből meghatározzák a redukált szórás intenzitást. l: detektor távolsága a v szórótérfogattól K: rendszerre jellemző optikai állandó Nagyobb molekulákra (0,1-1 λ) a mennyiséget 0°-os szögre is extrapolálni kell (Zimm-diagram) a sugártest torzulása miatt

10 Tájékoztatásul Mie-szórás esetén a sugártest torzul, bonyolult összefüggések alapján, de pontosan lehet méretet meghatározni

11 Hogyan mérjük? Cella: termosztálva, IM folyadékkal töltve

12 Sztatikus fényszórás Dinamikus fényszórás
Diszperziókra: 400 nm nm (és a Debye-tartományban makromolekulákra) Egy adott irányba szórt intenzitás időátlagát mérjük A szórás függ a részecskék méretétől és alakjától. Nagyobb koncentrációknál belső szórás, nagy részecskeméreteknél részecskén belüli interferencia Dinamikus fényszórás 5 nm - 5 μm A szórt fény intenzitásában bekövetkező fluktuációkat mérjük. A fluktuációk a részecskék Brown-mozgásából származnak. Lézer Doppler effektus, adott frekvenciával modulálva egy lézersugarat a részecske elmozdulása következtében fáziseltolódás: jel Tulajdonképpen diffúziós együttható eloszlást mérünk Méreteloszlás számítása

13 o o Stationary particles Moving particles
Laser beam with a given frequency o Change in frequency: Doppler effect Stationary particles Moving particles (determined at Imax/2) o Photon correlation spectroscopy (PCS) or quasi-elastic light scattering (QELS)