algumas aplicaÇÕes da espectroscopia Óptica
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ALGUMAS APLICAÇÕES DA ESPECTROSCOPIA ÓPTICA. Maria José V. Bell, DF-UFJF. XV Semana de Física - UFJF Outubro/2004. Índice. O que é espectroscopia óptica Radiação UV-VIS-IR Elementos básicos experimentais Técnicas experimentais e exemplos de aplicações Absorção, transmissão, - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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ALGUMAS APLICAÇÕES DA ESPECTROSCOPIA ÓPTICA
XV Semana de Física - UFJF
Outubro/2004
Maria José V. Bell, DF-UFJF
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Índice• O que é espectroscopia óptica
• Radiação UV-VIS-IR
• Elementos básicos experimentais
•Técnicas experimentais e exemplos de aplicações
• Absorção, transmissão,
• Absorção infravermelha
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Ondas Eletromagnéticas
E=hc/
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Radiação UV-Vis-IR
Espectro Eletromagnético
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Espectroscopia Óptica Consiste na interação de radiação (na faixa do UV,
Vis e IR) com a matéria (sólido, líquido ou gás). Esta interação pode ocorrer via absorção,
espalhamento, emissão ou reflexão da luz incidente.
Io
IR IT
AmostraIE
Io: Intensidade Incidente
IR: Intensidade Refletida
IT: Intensidade Transmitida
IE: Intensidade Espalhada
Io=IT+IR+IE+IA
Intensidade
Absorvida
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Elementos básicos:• Fontes de luz: laseres e lâmpadas
• Elemento dispersor: grade de difração ou prisma
• Detector: fotodiodo, fotomultiplicadora, CCD
• Amostra: sólido, líquido ou gás.
Laser
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Fontes de luzLâmpadas: Espectro contínuo
Emissão de Corpo Negro
Lei de Planck
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Laseres:Gasosos, de Estado Sólido e líquidos (Dye lasers)
1. Gasosos: He-Ne, Argônio (Ar+), Kriptônio, He-Cd, N2, CO2, etc.
2. De Estado sólido: Laseres de diodo, Ti:Safira, Nd:YAG, etc.
3. Líquidos: corantes, desde o UV até o infravermelho, com variação contínua, mudando o corante.
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sen + sen = mD
N
Poder de resolução da
rede:
m
O Elemento Dispersivo:Monocromador
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Faixa de sensibilidade
Detector ( m)
Si 0.2 - 1.1
Ge 0.4 - 1.8
InAs 1.0 - 3.8
InSb 1.0 - 7.0
InSb (77K) 1.0 - 5.6
HgCdTe (77K) 1.0 -25.0
Fotodiodos p
nEg
E
p
p
n
E
p
V
V-V
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Fotomultiplicadora
Faixa de operação: 110-1100 nm
Eficiência Quântica: 1-10%
Tempo de resposta: 1-20 ns
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1 2 3 4 5
(b)
1 2 3 4 5
2
1
(c)
CCD- Charge Coupled Device
Características:
1) 1024 ou 2048 pixels
2) Eficiência quântica de ~60%
3) Alta sensibilidade
4) Tamanho:
~ 25 mm
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Tipos de Amostras: 1) Sólidos
Ene
rgia
BV
BC
Isolante
Eg
BV
BC
Metal
Eg
BV
BC
Semicondutor
Eg
Eg > 5eV Eg < 1eV Eg entre ~1eV e
5eV
E=hc/
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2) Moléculas (diatômicas)
R
Níveis vibracionais
Níveis Eletrônicos
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Átomo de Bohr
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Absorção e Emissão
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Faixas de Energias da Espectroscopia óptica
Níveis Eletrônicos
~1eV
UV-VISNíveis Rotacionais< 10 meVNíveis Vibracionais
~10 - 100meVIR
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TÉCNICA DE ABSORÇÃO E REFLETÂNCIA
Absorbância (A): A=logIo/IT
Refletância R: =IR/Io
Transmitância (T): T=IT/Io
Lei de Beer: IT()=Io()e-L
=A/(Llog(e))
L
IT
IO
IR
R=IR/Io
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Absorção Infravermelha
Número de Onda (=1 ) (cm-1)
3 2,4
Tra
nsm
issã
o
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Algumas bandas de absorção típicas
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Aplicação 1: Gases na atmosfera
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Emissão solar
Comprimento de onda ( m)
Inte
nsid
ade
(W/m
2 m
)
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Por
cent
agem
de
ener
gia
abso
rvid
a
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Aplicação 2: Sensoriamento remoto
Ref
letâ
ncia
(%
)
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Canal 1
Canal 2
Canal 3
Fonte:EUMETSAT
Comparação da refletância do solo nos 3 canais
Comparação da refletância das folhas nos 3 canais
Canal 1: 0.6 m
Canal 2: 0.8 m
Canal 3: 1.6 m
Ref
letâ
ncia
Sensoriamento remoto
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Superfície da TerraEm 0.8 m há uma melhor
definição entre estruturas de superfície devido à alta refletância do solo e das folhas.
0.6 m 0.8m
Canal 1: 0.6 m
Canal 2: 0.8 m
Comprimento de onda (m)
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0.6 0.8 1.6
Gelo/neve:baixa refletividade
Núvens: alta refletividade
Fonte: EUMETSAT
Refletividade do Gelo/neve e Núvens em 1.6 m
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• Núvens de água e núvens de gelo
Gelo/neve
Núvem
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Superfície Lunar –dados da Apolo 14
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Transmissão do leite
450 500 550 600 650 7000.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Leite Semi Desnatado Marca A Leite Desnatado Marca A Leite Integral Marca A
Tra
nsm
itânc
ia
Comprimento de onda (nm)
Marca A: Parmalat
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Absorção de Água Líquida
Coe
fici
ente
de
abso
rção
(
cm-1)