Instrumentele analyse van geneesmiddelen
Deel II – Hoofdstuk 2 Algemene Theoretische Achtergrond van Spectroscopie
Elektromagnetische straling (EMS) en Het elektromagnetisch stralingsspectrum
X rays
Microgolven: 1 m – 1 mm
Ø We maken gebruik van een verschillend deel van het spectrum. We interpreteren dit als een
groot golflengtegebied. Naar rechts neemt de golflengte toe. De energie van de energetische
straling zal afnemen en omgekeerd. We gaan met die energie van de elektromagnetische straling
die we naar het staal sturen spelen.
Ø Daaronder zien we een opdeling. Heel lange golflengten zijn radiogolven. We zien veel gebieden:
infrarood, visueel gebied en uv gebied. We gaan elke keer een ander deel van het
elektromagnetische straling naar het staal sturen. Het zichbaar licht is klein (iets minder dan
400nm -700nm).
Ø Het is belangrijk om te weten welke zichtbaar, uv of infrarood straling is.
Ø Rechtse figuur: golflengten omzetten in frequentie en energie.
Zichtbaar licht (VIS)
• Zichtbaar licht maakt klein gedeelte van gehele elektromagnetische spectrum uit.
• Bij absorptie van een EMS uit het zichtbare gebied, vertoont de absorberende oplossing de
complementaire kleur (vb. een oplossing die rood licht absorbeert, is groen)
• Als we UV/vis spectrum gebruiken: zichtbaar licht naar staal sturen.
1
,è Dat zichtbaar licht? wit = mengsel van de golflengten uit het deel van het spectrum dat
overeenkomt met wit licht = spectrum van al dat licht
è Op basis van de eigenschappen van de moleculen in het staal kan het zijn dat daar een bepaalde
golflengte uit het zichtbaar licht geabsorbeerd wordt. Vandaar dat de oplossing een bepaalde
kleur zal hebben. Je stuurt daar zichtbaar licht naartoe, de moleculen in de oplossing zullen daar
1 of meerdere van die golflengten gaan absorberen. Bv moleculen zullen rond de golflengten van
300-380 nm gaan absorberen. Dat betekent dat alle andere golflengten doorgelaten worden.
Enkel het violet licht wordt geabsorbeerd. Het mengsel dat we nu nodig hebben om wit licht te
maken is nu onmogelijk omdat er een kleur weg is. De combinatie van golflengten zal ervoor
zorgen dat de oplossing een bepaalde kleur krijgt. = complementaire kleur. De kleur van de
absorberende oplossing zal in dit geval geel zijn.
Je stuurt wit licht naar het staal. Hier is de oplossing in het oranje-rode gebied geaobsorbeerd. De
oplossing zal blauw gaan kleuren.
Rechts: geel licht absorberen: oplossing ziet er violet/paars uit.
§ Bij een witte kleur wordt niks geabsorbeerd.
§ Bij een zwarte kleur wordt alles geabsorbeerd.
EMS wordt op 2 manieren beschreven:
• GOLFTHEORIE: beschrijft de gang van EMS door een medium
• KWANTENTHEORIE: beschrijft de wisselwerking van EMS met materie (EMS = verzameling
van deeltjes; kwanten = fotonen)
EMS volgens de Golftheorie
• EMS beschreven als lopende golfbeweging met voortplantingsrichting X
• In elk punt dat door straling wordt gepasseerd, worden 2 loodrecht op elkaar staande
wisselende velden opgewekt:
– Elektrisch veld in de Y-richting
– Magnetisch veld in de Z-richting
• In een gewone stralingsbundel komen alle oriëntaties van Y en Z voor, in gepolariseerde
straling is slechts 1 oriëntatie van Y (of Z) aanwezig
2
,Ø Linkerfiguur: 1 elektromagnetische straal die zich beweegt als een golf in de richting van X. Op
elk punt dat die straal passeert (in de x-richting), worden er 2 rechtopstaande velden opgericht:
elektrisch en magnetisch.
Ø Rechts: stralingsbundel; heel veel elektromagnetische stralen samen lopen in de X richting.
Natuurlijk die oriëntatie van die magnetische velden staan loodrecht, maar op alle mogelijke
richting op die X-as. Voor al die verschillende stralen liggen die niet op dezelfde positie. =
ongepolariseerd licht. We kunnen een polarisatiefilter plaatsen waardoor enkel de stralen met
dezelfde oriëntatie door kunnen.
EMS met golflengte λ en amplitude A
• A = amplitude = lengte van de elektrische (magnetische) vector bij het maximum van de golf =
maximale sterkte van het wisselend elektrisch/magnetisch veld gedurende een cyclus (of
oscillatie)
• λ = golflengte = lineaire afstand tussen 2 successieve maxima (of minima) of tussen 2
opeenvolgende punten in dezelfde trillingstoestand (afhankelijk van aard van straling)
Grootheden die EMS als golfbeweging beschrijven
Snelheid
• afhankelijk van het medium waarin golf zich voortbeweegt
• symbool: c (vacuüm) = 2,998.108 m/s (lichtsnelheid)
• symbool: u (medium)
• SI-eenheid: m/s
• u<c
Amplitude
• symbool: A
• Intensiteit van EMS = product van beide amplitudes (I = A²)
Periode
• symbool: p
• SI-eenheid: s
• tijd nodig voor 1 trillingscyclus
• onafhankelijk van het medium
Frequentie
• symbool: ν
• SI-eenheid: 1/s (Hz)
• aantal cycli per s door een punt à bepaalt aard van EMS
• onafhankelijk van het medium
• wordt bepaald door de stralingsbron
3
, Golflengte
• symbool: λ
• SI-eenheid: m
• lineaire afstand tussen 2 opeenvolgende punten in dezelfde trillingstoestand, of tussen 2
opeenvolgende minima/maxima
• afhankelijk van aard van straling en van medium waarin straling zicht voortbeweegt
Golfgetal
• symbool: σ
• SI-eenheid: 1/m
• aantal golven per lengte-eenheid in vacuüm
• = 1/λvac
• dus afhankelijk van het medium
Verband c (u) - ν – λ
c = ν . λvac
u = ν . λmed
Opmerking: u < c wegens interactie met elektronen van het medium
EMS volgens de kwantentheorie
EMS beschreven als stroomdeeltjes ook fotonen of kwanten genoemd met E = h . ν = h . c/λ
Mogelijke eenheden voor energie (E) zijn:
-34
– SI: Joule (J) à h = 6,625 . 10 J.s/kwant (contante van Planck)
– erg à h = 6,625 . 10-27 erg.s/kwant (1 erg = 10-7 J)
– eV à h = 4,135. 10-15 eV.s/kwant (1eV=1,602. 10-19 J)
– cal à h = 1,58235 . 10-34 cal.s/kwant (1 cal = 4,1868 J)
Oefening: Bereken de E van een EMS met λ = 245 nm. Druk het resultaat uit in eV
E = h . c/λ
E = (4,135 . 10-15 eV.s . 2,998 . 108 m/s) / 245 nm
E = (4,135 . 10-15 eV.s . 2,998 . 108 m/s) / 245 . 10-9 m (eenheden!)
E = 5,06 eV
Eigenschappen van EMS
Terugkaatsing (reflection), breking (refraction), buiging (diffraction)
4
Deel II – Hoofdstuk 2 Algemene Theoretische Achtergrond van Spectroscopie
Elektromagnetische straling (EMS) en Het elektromagnetisch stralingsspectrum
X rays
Microgolven: 1 m – 1 mm
Ø We maken gebruik van een verschillend deel van het spectrum. We interpreteren dit als een
groot golflengtegebied. Naar rechts neemt de golflengte toe. De energie van de energetische
straling zal afnemen en omgekeerd. We gaan met die energie van de elektromagnetische straling
die we naar het staal sturen spelen.
Ø Daaronder zien we een opdeling. Heel lange golflengten zijn radiogolven. We zien veel gebieden:
infrarood, visueel gebied en uv gebied. We gaan elke keer een ander deel van het
elektromagnetische straling naar het staal sturen. Het zichbaar licht is klein (iets minder dan
400nm -700nm).
Ø Het is belangrijk om te weten welke zichtbaar, uv of infrarood straling is.
Ø Rechtse figuur: golflengten omzetten in frequentie en energie.
Zichtbaar licht (VIS)
• Zichtbaar licht maakt klein gedeelte van gehele elektromagnetische spectrum uit.
• Bij absorptie van een EMS uit het zichtbare gebied, vertoont de absorberende oplossing de
complementaire kleur (vb. een oplossing die rood licht absorbeert, is groen)
• Als we UV/vis spectrum gebruiken: zichtbaar licht naar staal sturen.
1
,è Dat zichtbaar licht? wit = mengsel van de golflengten uit het deel van het spectrum dat
overeenkomt met wit licht = spectrum van al dat licht
è Op basis van de eigenschappen van de moleculen in het staal kan het zijn dat daar een bepaalde
golflengte uit het zichtbaar licht geabsorbeerd wordt. Vandaar dat de oplossing een bepaalde
kleur zal hebben. Je stuurt daar zichtbaar licht naartoe, de moleculen in de oplossing zullen daar
1 of meerdere van die golflengten gaan absorberen. Bv moleculen zullen rond de golflengten van
300-380 nm gaan absorberen. Dat betekent dat alle andere golflengten doorgelaten worden.
Enkel het violet licht wordt geabsorbeerd. Het mengsel dat we nu nodig hebben om wit licht te
maken is nu onmogelijk omdat er een kleur weg is. De combinatie van golflengten zal ervoor
zorgen dat de oplossing een bepaalde kleur krijgt. = complementaire kleur. De kleur van de
absorberende oplossing zal in dit geval geel zijn.
Je stuurt wit licht naar het staal. Hier is de oplossing in het oranje-rode gebied geaobsorbeerd. De
oplossing zal blauw gaan kleuren.
Rechts: geel licht absorberen: oplossing ziet er violet/paars uit.
§ Bij een witte kleur wordt niks geabsorbeerd.
§ Bij een zwarte kleur wordt alles geabsorbeerd.
EMS wordt op 2 manieren beschreven:
• GOLFTHEORIE: beschrijft de gang van EMS door een medium
• KWANTENTHEORIE: beschrijft de wisselwerking van EMS met materie (EMS = verzameling
van deeltjes; kwanten = fotonen)
EMS volgens de Golftheorie
• EMS beschreven als lopende golfbeweging met voortplantingsrichting X
• In elk punt dat door straling wordt gepasseerd, worden 2 loodrecht op elkaar staande
wisselende velden opgewekt:
– Elektrisch veld in de Y-richting
– Magnetisch veld in de Z-richting
• In een gewone stralingsbundel komen alle oriëntaties van Y en Z voor, in gepolariseerde
straling is slechts 1 oriëntatie van Y (of Z) aanwezig
2
,Ø Linkerfiguur: 1 elektromagnetische straal die zich beweegt als een golf in de richting van X. Op
elk punt dat die straal passeert (in de x-richting), worden er 2 rechtopstaande velden opgericht:
elektrisch en magnetisch.
Ø Rechts: stralingsbundel; heel veel elektromagnetische stralen samen lopen in de X richting.
Natuurlijk die oriëntatie van die magnetische velden staan loodrecht, maar op alle mogelijke
richting op die X-as. Voor al die verschillende stralen liggen die niet op dezelfde positie. =
ongepolariseerd licht. We kunnen een polarisatiefilter plaatsen waardoor enkel de stralen met
dezelfde oriëntatie door kunnen.
EMS met golflengte λ en amplitude A
• A = amplitude = lengte van de elektrische (magnetische) vector bij het maximum van de golf =
maximale sterkte van het wisselend elektrisch/magnetisch veld gedurende een cyclus (of
oscillatie)
• λ = golflengte = lineaire afstand tussen 2 successieve maxima (of minima) of tussen 2
opeenvolgende punten in dezelfde trillingstoestand (afhankelijk van aard van straling)
Grootheden die EMS als golfbeweging beschrijven
Snelheid
• afhankelijk van het medium waarin golf zich voortbeweegt
• symbool: c (vacuüm) = 2,998.108 m/s (lichtsnelheid)
• symbool: u (medium)
• SI-eenheid: m/s
• u<c
Amplitude
• symbool: A
• Intensiteit van EMS = product van beide amplitudes (I = A²)
Periode
• symbool: p
• SI-eenheid: s
• tijd nodig voor 1 trillingscyclus
• onafhankelijk van het medium
Frequentie
• symbool: ν
• SI-eenheid: 1/s (Hz)
• aantal cycli per s door een punt à bepaalt aard van EMS
• onafhankelijk van het medium
• wordt bepaald door de stralingsbron
3
, Golflengte
• symbool: λ
• SI-eenheid: m
• lineaire afstand tussen 2 opeenvolgende punten in dezelfde trillingstoestand, of tussen 2
opeenvolgende minima/maxima
• afhankelijk van aard van straling en van medium waarin straling zicht voortbeweegt
Golfgetal
• symbool: σ
• SI-eenheid: 1/m
• aantal golven per lengte-eenheid in vacuüm
• = 1/λvac
• dus afhankelijk van het medium
Verband c (u) - ν – λ
c = ν . λvac
u = ν . λmed
Opmerking: u < c wegens interactie met elektronen van het medium
EMS volgens de kwantentheorie
EMS beschreven als stroomdeeltjes ook fotonen of kwanten genoemd met E = h . ν = h . c/λ
Mogelijke eenheden voor energie (E) zijn:
-34
– SI: Joule (J) à h = 6,625 . 10 J.s/kwant (contante van Planck)
– erg à h = 6,625 . 10-27 erg.s/kwant (1 erg = 10-7 J)
– eV à h = 4,135. 10-15 eV.s/kwant (1eV=1,602. 10-19 J)
– cal à h = 1,58235 . 10-34 cal.s/kwant (1 cal = 4,1868 J)
Oefening: Bereken de E van een EMS met λ = 245 nm. Druk het resultaat uit in eV
E = h . c/λ
E = (4,135 . 10-15 eV.s . 2,998 . 108 m/s) / 245 nm
E = (4,135 . 10-15 eV.s . 2,998 . 108 m/s) / 245 . 10-9 m (eenheden!)
E = 5,06 eV
Eigenschappen van EMS
Terugkaatsing (reflection), breking (refraction), buiging (diffraction)
4
