Context teoretice pentru Spectrofotometru Aparat foto

Radiaţii electromagnetice

Radiaţii electromagnetice (EMR) este tipul de energie care cuprinde lumina, caldura, si X-raze. Acesta poate fi convenabil descris folosind un model de undă sinusoidală, în cazul în care proprietăţile radiaţiei depinde de lungimea de undă, frecvenţa, şi alţi parametri de val. Pentru unele scopuri, de obicei, atunci când se discută de absorbţie şi de transmisie de energie a radiaţiei, face mai mult sens pentru a descrie energia ca un flux de particule de lumina numite fotoni, în cazul în care energia de fotoni este proportionala cu frecventa radiatiei. Dualitatea undă / particulă se aplică tuturor particulelor elementare, şi ar trebui să fie utilizată ca o descriere complementar, mai degrabă decât contradictorii, a mişcării de radiaţii.

Proprietăţi val de radiatii electromagnetice

Câteva definiţii utile şi de ecuaţii:

• Amplitudine (A): înălţimea valurilor (fig. 1)
• Lungime de undă (λ): distanţa dintre două creste de undă (fig. 1)
• Crest şi prin: cel mai mare de puncte mai mic şi, respectiv, de un val (fig. 1)
• Viteza luminii (c) - viteza de radiaţii ca se deplaseaza printr-un vid. Această cantitate este acelaşi pentru toate formele de radiatii electromagnetice, de la raze X la lumina la undele radio, şi este constantă într-o anumită viteză medium.The de transport a luminii în vid este de 2.99792 x 10 ⁸ m / s. Viteza luminii în aer este de doar 0,03% mai lent, şi C, fie în mediu este de obicei doar rotunjit la 3,00 x 10 ⁸ m / s.
• De frecvenţă (ν): numarul de unde care trec de un punct fix pe secundă
• Perioada (T): Numărul de secunde este nevoie de un val de a trece de un punct fix

Figura 1: Caracteristicile de un val sinusoidal.

• ν = 1 / T - frecventa undelor este reciproca a perioadei.
• λ ν = c (sau ν = c / λ) - produsul dintre frecvenţă şi lungime de undă este viteza luminii. Alternativ, frecvenţa unui val este invers proporţională cu viteza.
• E = hν = HC / λ, unde h este constanta lui Planck, 6.626 x 10-34 - energia radiatiei este egală cu constanta de gater, înmulţită cu frecvenţa radiaţiei.

Electromagnetică spectrul de frecvenţe

Deşi toate valurile de călătorie radiaţii electromagnetice la viteza de tipuri de lumina, diferite de unde au diferite lungimi de undă mult, frecvenţe, şi energii. Mai scurtă lungimea de undă a radiaţiei, cu atât mai mare frecvenţă şi cu atât mai mare de energie. Spectrului de frecvenţe electromagnetice variază de la gamma (γ) radiaţii, care are cea mai scurtă lungime de undă, cea mai mare frecvenţă şi cea mai mare energie, la undele radio, care are cea mai lungă şi cea mai mică lungime de undă de frecvenţă şi de energie.

Figura 2: spectrul electromagnetic, care arată lungimi de undă şi frecvenţele relative, cu lumina vizibila extins.

Circulaţia de lumină între două substanţe

Când lumina se misca între două substanţe, atât viteza şi direcţia de undelor electromagnetice se va schimba. Indicele de refractie, n, este dată de ecuaţia
n = c / v _p
unde c este viteza luminii în vid şi v _p este viteza luminii, în care anumite substanţe. Indicele de refractie este unitless şi oferă pur şi simplu un mijloc de a compara vitezele relative ale luminii in substante transparente; mai mare indicele de refractie al unui material, lumina mai lent va trece prin el.

Atunci când valul de viteza luminii schimbări, se modifică, de asemenea, directie (figura 3). Aceasta refractie pot fi legate de viteza luminii, în substanţe folosind legea lui Snell,

în cazul în care θ ₁ este unghiul de incidenţă, θ ₂ este unghiul de reflecţie, şi v ₁ şi v ₂ sunt vitezele de lumină în mass-media prima şi a doua, respectiv.

Fig. 3: refracţie a luminii: o schimbare in directia de un val din cauza unei modificări în viteză

In vid toate tipurile de radiatii sunt refractate în mod egal, dar în alte medii de indicele de refractie este legată de lungimea de undă a luminii. Din acest motiv, lumina de diferite lungimi de undă este refractată în grade diferite. Acest fenomen este cunoscut sub numele de dispersie.

Dispersia a luminii albe în grătare

Lumina alba este un amestec de toate lungimile de undă ale luminii vizibile. Atunci când un fascicul de lumina alba este trimis de la un mediu în altul, diferite lungimi de undă de lumină care formează fasciculul sunt refractate în unghiuri diferite, deoarece aceştia se deplasează cu viteze diferite şi au diferite indici de refractie. Acest lucru duce la diferite lungimi de undă care urmează să fie separate unele de altele în spectrul vizibil după cum se arată în figura 4.

Lumina poate fi separate fie folosind prisme (Figura 4) sau gurile de difracţie (Figura 5).

Figura 4: Un fascicul de lumina alba dispersat în culorile sale componente.

O difracţie Gratar de transmisie este compus dintr-un material transparent cu caneluri regulat distanţate tăiat în ea, astfel încât un fascicul de lumina care trece prin aceasta este separat în lungimi de undă componente.

Figura 5: dispersie de lumină într-un grilaj de transport

Separarea de lumina este guvernată de ecuaţia: nλ = d (i păcat păcat + r), unde n este ordinul de difractie (un număr mic întreg), d este distanţa dintre scobiturile gratarului (de obicei, calculată în nanometri / Groove), şi i şi r sunt unghiurilor de incidenţă şi de refracţie, respectiv.

Deoarece există mai multe valori pentru 'n', există un număr de spectre, găsite la diferite unghiuri de refracţie, care poate fi format dintr-o reţea de difracţie. De obicei, cu toate acestea, linia de ordinul întâi este cea mai intensă, şi numai +1, 0, şi -1 spectre pot fi văzute.

Spectrofotometre

Spectrofotometri sunt instrumente care măsoară absorbanţa de lungimi de undă de lumină în soluţii. Absorbanţa, O a unei soluţii este o măsură a modului în care lumina de mult de o anumita lungime de unda specifice experimentului trece printr-o soluţie faţă de cât de mult este absorbită de soluţie. De absorbţie este definită folosind legea lui Beer unde am ₀ este valoarea de lungime de undă experimentale de prezenta luminii, înainte de fascicul de lumina trece prin soluţie, şi eu este cantitatea de lumina prezente în faza de după ce a trecut prin soluţia. În general, mai inchisa soluţia, mai puţin lumina care trece prin soluţie şi mai mare absorbanta.

Folosind spectrofotometru noastre, studenţii vor fi capabili pentru a vedea care lungimi de undă de lumină în spectrul vizibil sunt absorbite şi care sunt transmise. O soluţie profundă roşu transparent, de exemplu, permite luminii roşii şi portocalii să treacă prin absoarbe şi alte culori din spectrul de frecvenţe. O soluţie de roşu pal absoarbe o parte din lumina albastru şi verde, dar, de asemenea, permite unele prin intermediul, şi o soluţie clară transmite întregul spectru vizibil. Acest lucru poate fi observat clar în spectrul difractate prin grilajul.