Espalhamento de Luz Estático

Apresentação em tema: "Espalhamento de Luz Estático"— Transcrição da apresentação:

1 Espalhamento de Luz Estático
Fábio Herbst Florenzano

2 Interação da luz com a matéria
Absorção Reflexão Refração Difração Espalhamento

3 Tipos de Espalhamento Rayleigh – mais usado para polímeros
Mie – partículas maiores e absorvedoras Raman – análise da estrutura química Múltiplo – ocorre em fluidos com muitas partículas como no leite Outros

4 Espalhamento Rayleigh
Ocorre com partículas pequenas (de dimensões próximas ao comprimento de onda da luz) É um espalhamento estático, pois a variação temporal não é importante e é também elástico, porque a luz espalhada apresenta a mesma energia da incidente (não há mudança no comprimento de onda) Permite determinar a massa molar ponderal (Mw), o segundo coeficiente virial e o raio de giração das partículas (se este for maior que λ/20)

5 Espalhamento de Luz Estático no Regime de Rayleigh
A luz interage com a matéria (nuvem eletrônica) causando flutuações que emitem luz em várias direções diferentes, no mesmo comprimento de onda. O Espalhamento de Luz é a explicação para as cores do céu e do Sol (radiação que chega aos nossos olhos). Isso porque o Espalhamento é inversamente proporcional a λ4.

6 Equação de Espalhamento para partícula isolada – Luz Polarizada
ie=intens. luz espalhada I0=luz incidente v=frequência α =polarizibilidade Φ=ângulo ε =permissividade elétrica do meio c= velocidade da luz r=distância do centro espalhador

7 Espalhamento de Soluções
Materiais transparentes espalham pouca luz (vidro, por exemplo). Na verdade pouca luz espalhada chega aos nossos olhos por conta da interferência destrutiva total causada pelo espalhamento de centros separados por distâncias fixas Em soluções, as inomogeneidades causadas por flutuações levam a um espalhamento maior ou menor, dependendo da compressibilidade do líquido

8 Espalhamento de soluções
Quando solutos estão presentes, eles são centros espalhadores que, devido às variações locais, aumentam a intensidade da luz espalhada As variações na concentração local de soluto seguem as leis da osmose

9 Espalhamento em soluções
Nesta equação foram adicionados centros múltiplos de espalhamento e a polarizibilidade foi substituída pelo índice de refração e índice de refração específico (dn/dc). (Compare com a equação no slide 6) Além disso as flutuações foram tratadas com o formalismo da osmose (que já vimos!)

10 Combinando as equações da osmose e do espalhamento
Para “descomplicar” algumas combinações podem ser feitas, por exemplo, a razão de Rayleigh(R) e a constante óptica (K) Dessa forma chegamos à equação clássica do espalhamento estático para partículas pequenas (r<l/20)

11 Variáveis e constantes necessárias
n= índice de refração do solvente λ= comprimento de onda luz dn/dc= variação do índice de refração da solução com a concentração c= concentração i´amostra= espalhamento líquido da amostra i´solvente= espalhamento líquido do solvente i´tolueno=espalhamento líquido do tolueno Rtolueno= razão de Rayleigh do tolueno

12 Equação de Rayleigh Nesse regime (d<λ/20) não há dependência angular, bastando então a medida da luz espalhada em várias concentrações para se obter Mw e A2. Não há necessidade do uso de padrões de massa molar (medida absoluta) apenas do espalhamento do tolueno, que tem a sua razão de Rayleigh tabelada

13 Determinação de Mw e A2

14 Segundo coeficiente virial

15 Dependência Angular Quando as partículas apresentam diâmetro maior que λ/20 (aproximadamente), começa a ser significativa a interferência entre a luz espalhada por vários segmentos dentro da própria partícula.

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20 Equação Fundamental- Regime de Debie

21 Equação Fundamental- Regime de Debie

22 Gráfico de Zimm

23 Gráfico de Zimm

24 Gráfico de Zimm

25 Gráfico de Zimm

26 Gráfico de Zimm

27 Gráfico de Zimm

28 Espalhamento de Luz - Técnica
Filtração das amostras Qualidade óptica Minimização das leituras Medida propriamente dita Solvente, tolueno, amostras em diversas concentrações Todas as medidas anteriores são feitas em diferentes ângulos (7 a 18, em geral) Possibilidade de uso em fluxo.

29 Espalhamento de Luz - Técnica

30 Espalhamento de Luz - Técnica

31 Espalhamento de Luz Vantagens desvantagens Limitações não-destrutiva
Absoluta Extensa faixa de Mw (~5000 a alguns milhões) desvantagens Necessidade de filtração Ensaio demorado (na sua preparação) Limitações Amostra não pode absorver no comprimento de onda do laser As equações valem para o regime diluído e até Rg próximos de λ.