ALGUMAS APLICAÇÕES DA ESPECTROSCOPIA ÓPTICA

Apresentação em tema: "ALGUMAS APLICAÇÕES DA ESPECTROSCOPIA ÓPTICA"— Transcrição da apresentação:

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

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/l

4 Espectro Eletromagnético
Radiação UV-Vis-IR

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. Io IR IT Amostra IE Io: Intensidade Incidente IR: Intensidade Refletida IT: Intensidade Transmitida IE: Intensidade Espalhada Io=IT+IR+IE+IA 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)
Gasosos: He-Ne, Argônio (Ar+), Kriptônio, He-Cd, N2, CO2, etc. De Estado sólido: Laseres de diodo, Ti:Safira, Nd:YAG, etc. Líquidos: corantes, desde o UV até o infravermelho, com variação contínua, mudando o corante.

9 Poder de resolução da rede:
O Elemento Dispersivo:Monocromador sena + senb = mDl N Poder de resolução da rede: l/Dl=mN b a

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

11 Fotomultiplicadora Faixa de operação: 110-1100 nm Eficiência Quântica:
1-10% Tempo de resposta: 1-20 ns

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

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

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

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
IT Absorbância (A): A=logIo/IT Refletância R: =IR/Io Transmitância (T): T=IT/Io Lei de Beer: IT(l)=Io(l)e-a(l)L a=A/(Llog(e)) IO L R=IR/Io IR

19 Absorção Infravermelha
Transmissão Número de Onda (=1/l ) (cm-1)

20 Algumas bandas de absorção típicas

21 Aplicação 1: Gases na atmosfera

22 Emissão solar Intensidade (W/m2mm) Comprimento de onda ( mm)

23 Porcentagem de energia absorvida

24 Aplicação 2: Sensoriamento remoto
Refletância (%)

25 Sensoriamento remoto Refletância Canal 1: 0.6 mm Canal 2: 0.8 mm
Fonte: EUMETSAT Comparação da refletância do solo nos 3 canais Comparação da refletância das folhas nos 3 canais

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

27 Refletividade do Gelo/neve e Núvens em 1.6 m
0.6 0.8 1.6 Núvens: alta refletividade Gelo/neve:baixa refletividade Fonte: EUMETSAT

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 a (cm-1)