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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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1 ALGUMAS APLICAÇÕES DA ESPECTROSCOPIA ÓPTICA XV Semana de Física - UFJF Outubro/2004 Maria José V. Bell, DF-UFJF

2 Índice O que é espectroscopia óptica Radiação UV-VIS-IR Elementos básicos experimentais Técnicas experimentais e exemplos de aplicações Absorção, transmissão, Absorção infravermelha

3 Ondas Eletromagnéticas E=hc/

4 Radiação UV-Vis-IR Espectro Eletromagnético

5 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. IoIo IRIR ITIT Amostra IEIE I o : Intensidade Incidente I R : Intensidade Refletida I T : Intensidade Transmitida I E : Intensidade Espalhada I o =I T +I R +I E +I A Intensidade Absorvida

6 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

7 Fontes de luz Lâmpadas: Espectro contínuo Emissão de Corpo Negro Lei de Planck

8 Laseres:Gasosos, de Estado Sólido e líquidos (Dye lasers) 1.Gasosos: He-Ne, Argônio (Ar + ), Kriptônio, He-Cd, N 2, CO 2, 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.

9 sen  + sen  = mD N   Poder de resolução da rede:  m  O Elemento Dispersivo:Monocromador

10 Faixa de sensibilidade Detector ( m) Si Ge InAs InSb InSb (77K) HgCdTe (77K) Fotodiodos p n EgEg E p p n E p V V-  V

11 Fotomultiplicadora Faixa de operação: nm Eficiência Quântica:1-10% Tempo de resposta:1-20 ns

12 CCD- Charge Coupled Device Características: 1)1024 ou 2048 pixels 2)Eficiência quântica de ~60% 3)Alta sensibilidade 4)Tamanho: ~ 25 mm

13 Tipos de Amostras: 1) Sólidos Energia BV BC Isolante EgEg BV BC Metal EgEg BV BC Semicondutor EgEg E g > 5eVE g < 1eVE g entre ~1eV e 5eV E=hc/

14 2) Moléculas (diatômicas) R Níveis vibracionais Níveis Eletrônicos

15 Átomo de Bohr

16 Absorção e Emissão

17 Faixas de Energias da Espectroscopia óptica Níveis Eletrônicos ~1eV UV-VIS Níveis Rotacionais < 10 meV Níveis Vibracionais ~ meV IR

18 TÉCNICA DE ABSORÇÃO E REFLETÂNCIA Absorbância (A): A=logI o /I T Refletância R: =I R /I o Transmitância (T): T=I T /I o Lei de Beer: I T ( )=I o ( )e -  L  =A/(Llog(e)) L ITIT IOIO IRIR R=I R /I o

19 Absorção Infravermelha Número de Onda (=1  ) (cm -1 ) 3 2,4 Transmissão

20 Algumas bandas de absorção típicas

21 Aplicação 1: Gases na atmosfera

22 Emissão solar Comprimento de onda (  m) Intensidade (W/m 2  m)

23 Porcentagem de energia absorvida

24 Aplicação 2: Sensoriamento remoto Refletância (%)

25 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 Refletância Sensoriamento remoto

26 Superfície da Terra Em 0.8  m há uma melhor definição entre estruturas de superfície devido à alta refletância do solo e das folhas. 0.6  m 0.8  m Canal 1: 0.6  m Canal 2: 0.8  m Comprimento de onda (  m)

27 Gelo/neve:baixa refletividade Núvens: alta refletividade Fonte: EUMETSAT Refletividade do Gelo/neve e Núvens em 1.6  m

28 Núvens de água e núvens de gelo Gelo/neve Núvem

29 Superfície Lunar –dados da Apolo 14

30 Transmissão do leite

31 Absorção de Água Líquida Coeficiente de absorção  (cm -1 )


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