• Nie Znaleziono Wyników

SPEKTROSKOPIA RAMANA

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "SPEKTROSKOPIA RAMANA"

Copied!
22
0
0

Pełen tekst

(1)

SPEKTROSKOPIA RAMANA

Laboratorium Laserowej Spektroskopii Molekularnej PŁ

dr inż. Beata Brożek-Pluska

(2)

WIDMO OSCYLACYJNE

Zręby atomowe w molekule wykonują oscylacje wokół położenia równowagi. Ruch ten można rozłożyć na 3n-6 w przypadku molekuł nieliniowych oraz 3n-5 w przypadku molekuł liniowych, stopni swobody

Model oscylatora harmonicznego

Oscylacje można rozpatrywać

wykorzystując modele mechaniczne, posługując się prawami mechaniki klasycznej

i dodając kwantowanie energii. Drgania zrębów atomowych

w pierwszym przybliżeniu można rozpatrywać na

modelu oscylatora harmonicznego.

Prawo Hooke’a: siła F jest proporcjonalna do wychylenia oscylatora ze stanu równowagi, wychylenie definiujemy jako: q = r-re

(3)

W czasie drgania wychylenie q zmienia się periodycznie

q=Qcos2t

gdzie:  jest częstością drgania oscylatora, a Q jest amplitudą wychylenia.

Oscylator harmoniczny to taki oscylator, który spełnia prawo Hooke’a. Wynika z tego, że:

F = -fq

czyli, że siła jest proporcjonalna do wychylenia.

Współczynnik proporcjonalności f nazywamy stałą siłową.

Stała siłowa jest wielkością charakteryzującą

„ sprężystość” sprężyny i jest równa sile przypadającej na jednostkę wychylenia [N/m].

(4)

Energia oscylatora

Ruch drgający opisuje równanie Lagrange’a:

po podstawieniu:

otrzymujemy:

(5)

Energia oscylacji molekuł

Energia oscylacji zrębów atomowych w molekule jest skwantowana

kwantowa liczba oscylacji

stała siłowakwantowa

liczba oscylacji dla

kwant połówkowy nawet w temperaturze 0 K

oscylacje zrębów atomowych NIE USTAJĄ !

(6)

Oscylator anharmoniczny

Oscylator anharmoniczny nie spełnia prawa Hooke’a.

Gdy nie znamy matematycznej postaci funkcji U(q) rozwijamy funkcję w szereg Taylora lub, jeśli to możliwe, w szereg Maclaurina.

0 energia oscylatora anharmonicznego 0

(7)

Drgania molekuł

Rozciągające symetryczne

Rozciągające asymetryczne

Nożycowe (zginające)

Wahadłowe Wachlażowe Skręcające

Drgania normalne: jednoczesny ruch wszystkich zrębów atomowych

molekuły odbywający się z jednakową częstością i zgodnie w fazie

Drgania własne: drgania, które nie powodują przemieszczenia środka

masy molekuły ani jej obrotu

rodzaje drgań normalnych

(8)

Rozpraszanie promieniowania

Czy promieniowanie elektromagnetyczne, w którym nie ma fotonów

pasujących do odstępów między poziomami energetycznymi, w ogóle nie oddziałuje z molekułami ?

Molekuła jest zbiorem ładunków elektrycznych dodatnich i ujemnych. Składowa elektryczna promieniowania elektromagnetycznego musi z nimi oddziaływać. Indukuje ona w molekule moment dipolowy proporcjonalny do natężenia E składowej elektrycznej pola, przy czym współczynnikiem proporcjonalności jest polaryzowalność molekuły.

(1)

(2)

(9)

(3)

(4)

Opisane zjawisko nazywamy rozpraszaniem promieniowania

Ilustracja rozpraszania

(10)

Widmo RAMANA

Teoria polaryzowalności Placzka

polaryzowalność: potencjalna zdolność przemieszczania się elektronów względem jąder w polu elektrycznym

(1)

(2)

(3)

(4)

(11)

polaryzowalność zmienia się z częstością drgania normalnego, ale tylko wtedy gdy pochodna polaryzowalności po współrzędnej drgania nie jest równa zero

ostatecznie można pokazać, że:

(5)

(6)

rozpraszanie Rayleigha

rozpraszanie Ramana skladowa stokesowska

rozpraszanie Ramana skladowa

antystokesowska

(12)

Spektrometr ramanowski

schemat ideowy spektrometru ramanowskiego

monochromator kuweta

CCD

50

100

150

200

250

300 400 500 600 700

widmo z kamery CCD

(13)

Zastosowania

spektroskopii Ramana

1. Analiza jakościowa i ilościowa

fragment tablicy korelacyjnej częstości drgań w organicznych związkach azotu

widma Ramana i IR metanolu

(14)

2. Analiza przejść fazowych

PA-MCH , c=2,31M

zakres niskoczęstościowy PA-MCH , c=2,31M 293-77K

PA-MCH , c=2,31M skany DSC

(15)

3. Analiza układów biologicznych

3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów

Widma Ramana

a) i b) tkanka zdrowa

c) tkanka nowotworowa

Widma Ramana a) tkanka zdrowa

b) tkanka nowotworowa c) krew obwodowa

(16)

Niskotemperaturowe widma Ramana a) tkanka zdrowa

b) tkanka nowotworowa kriostat

(17)

5. Konfokalna mikroskopia Ramana

5a. Analiza tkanek gruczołu piersiowego ex-vivo

http://www.witec.de

http://www.mitr.p.lodz.pl/raman

(18)

5b. Analiza komórek skóry in-vivo

skóra sucha skóra nawilżona

http://www.horiba.com

(19)

5c. Widma komórek bakterii

widok kolonii bakterii

widmo Ramana pojedynczej komórki bakterii

http://www.horiba.com

(20)

6. Analizy farmaceutyczne

kofeina

kwas acetylosalicylowy paracetamol- N-(4-

hydroksyfenylo)acetamid

widma Ramana

składników tabletki

http://www.horiba.com

(21)

7. Analiza fotouczulaczy

Niskotemperaturowe widma Ramana ZnPcS4-H2O

Niskotemperaturowe widma Ramana ZnPcS4-DMSO

(22)

LABORATORIUM LASEROWEJ SPEKTROSKOPII MOLEKULARNEJ

Politechnika Łódzka

Międzyresortowy Instytut Techniki Radiacyjnej 93-590 Łódź

Wróblewskiego 15

tel:(48-42) 6313175, 6313162, 6313188 fax:(48-42) 6840043

http://www.mitr.p.lodz.pl/raman

Cytaty

Powiązane dokumenty

Wykorzystuj¹c wzór na dyla- tacjê czasu (MT 06/06), stwierdzamy, ¿e jeœli po- ci¹g porusza siê z prêdkoœci¹ v, to czas zmie- rzony pomiêdzy zdarzeniami (wys³anie i

Najbardziej charakte- rystyczną cechą rezonansu jest to, iŜ amplituda i energia drgań wzbudzonych w warunkach rezonansu jest znacznie większa od amplitudy i energii

– sprężyste – podczas rozpraszania nie następuje zmiana energii (częstotliwości) fali, – niesprężyste – podczas rozpraszania zmienia się energia (częstotliwość)

Dla wystąpienia efektu Ramana istotne jest aby dana oscylacja normalna należała do klasy symetrii, zgodnie z którą transformują się iloczyny lub kwadraty wektorów

Częstość kołowa w wym zewnętrznej siły powodującej drgania wymuszone Gdy w = w wym mamy rezonans !!. Wtedy amplituda drgań i zmian prędkości

Jeśli warunki początkowe dla nieskończonej struny są funkcjami parzystymi względem pewnego punktu z 0 to jest zawsze równe zeru. Dowód analogiczny jak

Pokazać, że wtedy całą przestrzeń można zapisać w postaci sumy mnogościowej dwu rozłącznych, gęstych i wypukłych

Udowodnić, że średnia arytmetyczna tych liczb jest równa n+1 r