Biofizica [PDF]

Zitiervorschau

STUDIEREA SOLUŢIILOR COLORATE PRIN METODE FOTOCOLORIMETRICE. 1.Fluxul de lumină. Intensitatea luminii (densitatea fluxului de lumină). Unităţile de măsură în SI. Cantitatea de energie transportată de unda electromagnetic printr-o suprafață oarecare într-o unitate de timp se numește flux de lumină. Intensitatea luminii(densitatea fluxului de lumină) se numește cantiatea de energie transportată de unda de lumină într-o unitate de timp printr-o unitate de suprafață, perpendiculară pe direcția de propagare a undei. La trecerea luminii printr-un strat de substanță intensitatea ei se atenuează.

2. Absorbţia luminii. Formula care reprezintă expresia matematică a legii lui Bouguer – Lambert şi reprezentarea ei grafică (schematic). Fenomenul în care are loc atenuarea intensității luminii la trecerea prin orice substanță în urma transformării energiei de lumină în alte forme de energie se numește absorbția luminii. Legea absorbției unui fascicul paralel de lumină monocromatică într-un mediu omogen a fost descoperită de Bouguer și elaborată de Lambert. Conform acestei legi: Intensitatea luinii care a trecut printr-un strat cu grosimea d este egal cu produsul intensității luminii incidente și constanta e la puterea minus coeficientul monocramtic natural de absorbție a substanței înmulțit cu grosimea d a fasciculului de lumină.

3.Ce stabileşte legea lui Bouguer – Lambert care se referă la absorbţia unui fascicul paralel de lumină monocromatică într-un mediu omogen? Legea lui Bouguer-Lambert stabilește că intensitatea luminii, sau fluxul de lumină la trecerea printr-un strat de substanță omogenă se micșorează odată cu mărirea grosimii stratului, după legea exponențială. 4.Sensul fizic al coeficientului monocromatic natural de absorbţie al substanţei. Mărimea numeric egală cu mărimea inversă a grosimii stratului de substanță, în care intensitatea luminii se micșorează de e ori. 5. Ce a stabilit Beer, cercetând absorbţia luminii monocromatice în soluţii colorate? Formula legii lui Beer. - Absorbția luminii monocromatice în soluțiile colorate are loc conform lui Bouguer-Lambert;

-Coeficientul monochromatic de absorbție al soluțiilor colorate depinde direct proporțional de concentranție k=x C x-Coeficientul monocromatic de absorbție pentru soluția cu concentrația molară unitară (coeficient molar monocromatic de absorbție) 6.De ce depinde coeficientul monocromatic natural de absorbţie al soluţiilor colorate? Formula, care caracterizează expresia matematică a acestei dependenţe. De natura solventului și solutului, prin care trece fasciculul monocromatic de lumină și de concentrația soluției. 7. Coeficientul molar monocromatic de absorbţie al soluţiilor colorate. Este o constantă ce exprimă capacitatea de absorbție pentru substanța cu o concentrație molară unitară. 8.Formula ce exprimă legea lui Bouguer – Lambert – Beer. Ce caracterizează această lege. Id=I e (la puterea -xl C d) Unde Id – intensitatea luminii care a trecut printr-un strat de subst. Cu grosimea D I – intensitatea luminii incidente Xl – coeficientul monocromatic de absorbție pentru soluția cu concentrația molară unitară C – concentrația soluției D – grosimea Legea dată caracterizează absorbția în soluții colorate de concentrații mici. 9. Coeficientul de transmisie (transparenţă) optică. Formula şi sensul fizic al lui. Raportul dintre intensitatea luminii care a trecut prin substanța sau soluția dată și intensitatea luminii incidente se numește coeficient de transmisie(transparență) optică a substanșei Gi = Id/I x 100% Coeficientul de transmisie optică determină ce parte din fluxul de lumin[ trece prin substanța dată și se exprimă prin % 10.Extincţia (densitatea optică) a substanţei. Ce caracterizează şi de ce depinde această mărime?

Logaritmul natural al mărimii inverse coeficientului de transmisie optică se numește extincția (densitatea optică) a substanței. D=ln(1/gi) Extincția este o mărime fotometrică ce caracterizează măsura în care lumina este absorbită de substanțele prin care ea trece. Pe baza mai multor formule deducem relația D=Xl C d 11.Schema şi principiul de lucru al unui colorimetru fotoelectric. Principiul de lucru a colorimetrului fotoelectric poate fi explicat pe baza schemei celui mai simplu colorimetru. -Soluția cercetată se toarnă în cuvă -De la o sursă de lumină, trecând pe un filtru și prin cuvă, lumina cade pe o celulă fotovoltaică -La bornele celulei fotovoltaice este unit un galvanometru, devierea acestuia este proporțională cu mărimea fluxului de lumină care trece prin soluție. 12.Modul şi etapele de lucru cu colorimetrul fotoelectric la determinarea concentraţiei soluţiilor colorate. I Se alegere filtrul optic -în cuvă se toarnă una din soluțiile substanței cercetate și se determină coeficientul de transmisie optică pentru toate filtrele din aparat -pentru efectuarea lucrării se alegere acel filtru cu care s-a obținut valoarea maximă a coeficientului de transmisie optică II Determinarea coeficientului de transmisie optică și a extincției -cu ajutorul colorimetrului fotoelectric se determină coefieicientul de transmisie optică și extincția tuturor soluțiilor, cu concentrații cunoscute și necunoscute, de pe masa de lucru -pe baza datelor obținute alcătuim două grafice III Determinarea concentrației necunoscute -pe baza graficelor construite se determină concentrațiile necunoscute -rezultatele obținute se trec în tabel.

13.Aplicaţiile metodei colorimetrice în medicină. Analiza spectrelor de absorbție se aplică în medicină, de exemplu la determinarea saturației sângelui cu oxigen, metodă numită oxihemometrie.Această metodă se bazeazăz pe variația spectrului de absorbție a sângelui în funcție de saturația lui cu oxigen. Metoda fotocolorimetrică are o deosebită importanță în studierea microelementelor sângelui dacă concentrația lor variaza între 10-4 și 10-8 g/l.

Spectre de emisie și absorbție. Analiza spectrală 1. Primul și al doilea postulat a lui Bohr. I Electronii se rotesc în jurul nucleului pe orbite circulare și elipsoidale bine determinate, fără să emită sau să absoarbă energie radiantă IIUn atom emite sau absoarbe radiație electromagnetică doar la trecerea dintr-o stare staționară în alta. (Fiecare stare staționară corespunde cu o stare energetică a atomului) 2. Emiterea și absorbția radiației electromagnetice de către atom. Energia pe care o cedează sau o primește un atom este egală cu diferența dintre energiile celor două nivele între care are loc tranziția electronului. Când atomii absorb energie, electronii efectuează tranziții pe nivele mai îndepărtate de nucleu, iar când energie sub formă de fotoni hv(h-constanta lui Planck, v – frecvența), tranzițiile electronilor au loc pe nivelele mai apropiate de nucleu. Fiecare atom în diferite situații poate emite sau absorbi radiații cu anumite lungimi de undă, numite linii spectrale, care sunt proprii numai lui.Liniile spectrale sunt cauzate de configurația electronică a atomului căruia în aparțin. Este cunoscut cu precizie ce linii spectrale sunt caracteristice fiecărui element himic. Linia spectrală reprezintă tranziția cuantică a unui electron dintre diferitele nivele energetice din atomi si molecule. 3. Spectrul de emisie al atomului. Spectroscopia de emisie. Totalitatea de radiații de diferite lungimi de undă pe care un atom (sau o moleculă) este capabil să le emită, atunci când li se furnizează energie din exterior, poartă numele de spectrul de emisie al atomului respectiv.

Partea de spectroscopie care se ocupă cu studiul acestor spectre poartă numele de spectroscopie de emisie. 4.Spectrul de absorbție al atomului. Spectroscopia de absorbție Totalitatea de lungimi de undă diferite absorbite de un anumit atom (sau moleculă) atunci când se examinează într-un spectru continuu poartă numele de spectru de absorbție, iar partea de spectroscopie care se ocupă de aceste spectre se numește spectroscopie de absorbție. 5.Formele spectrelor de emisie și absorbție. Legea lui Kirchhoff – legea inversiunii liniilor spectrale. Pot avea formă de : linii, benzi sau continue, ce au o strucură particulară interdependentă de compoziția chimică și starea fizică a substanței cercetate. Un spectru de emisie în domeniu vizibil pentru receptorul vizual uman este reprezentat de o continuitate de linii colorate pe un fon negru. Între spectrul de emisie și absorbție al unei substanțe obținute în condiții identice, există o corespondență directă exprimată prin legea lui Kirchoff, numită și legea inversiunii liniilor spectrale. “Substanța absoarbe radiații cu aceleași lungimi de undă pe care este în stare să le emită” 6.În ce limite de lungimi de unde sunt cuprinse radiațiile electromagnetice din domeniul vizibil? Radiațiile emise de fotoni cu lungimea de undă situată între 400 -760 nm pot fi vizibile receptorului vizual uman. 7.Lumina monocromatică și policromă. Lumina albă. Spectrul luminii albe. Lumina care are în spectrul său o singură lungime de undă se numește lumină monocromă, lumina ce are mai multe lungimi de undă în spectrul său se numește policromă. Lumina albă, este lumina ce are toate lungimile de undă percepute de receptorul vizual uman. Spectrul luminii albe este încadrat în limitele de 400-760 nm. 8.Dispersia luminii. Mersul razelor de lumină prin prismă. Unghiul de deviație a unei raze monocromatice. Descompunerea prin refracție a undelor electromagnetice emise de fotonii luminii (în dependență de lungimea de undă) se numește dispersia luminii. În cazul dispersiei luminii la trecerea prin prisma de sticlă, lumina albă trece printr-un obstacol(mediu transparent) , viteza de propagare a undelor electromagnetice emise de fotoni depinde de lungimea de undă, din acest motiv fasciculele de lumină monocromatice se împart sub un unghi de incidență D, ce se calculeză din relația

D=(n2-n1)A n1 – indice de refracție a mediului n2-indice de refracție a prismei(materialului) A-Unghiul vârfului superior al planului transversal al prismei. 9.Ce numim spectroscop și respectiv spectrograf? Elementele principale ale unui spectroscop cu două tuburi Spectroscopul cu două tuburi este format din: -O prismă optică -Colimatorul -Luneta Spectroscopul este aparatul cu ajutorul căruia putem studiat spectrul de emisie al unui mediu. Spectrograful este aparatul cu ajutorul căruia studiem spectrul de emisie al unui mediu, cu ajutorul înregistrării datelor pe o placă fotografică sau pe un inscriptor. Compoziția prismei spectroscopului (calitativă) trebuie să corespundă cu domeniul de lungimi de undă asupra cărora se efectuează studiul (ex. sticlă obișnuită – pentru lumina albă, cuarț - pentru lumina ultravioletă, gemă – pentru infraroșu) 10.Etalonarea spectroscopului. Modul de lucru. Etalonarea spectroscopului este procesul de stabilire a unei dependențe scalare între divizuniile scării gradate și lungimile de undă ale radiațiilor. În acest scop sunt utilizate surse care emit radiații cu lungimi de undă cunoscute și distribuite în tot domeniul spectral vizibil. - Fiecare linie spectrală se fixează succesiv în dreptul indicatorului, înregistrând de fiecare dată unghiul respectiv de pe scară gradată. -Prețul unei diviziuni pe scara orizonatală este de grad iar pe scara tamburului de 0.02 grade. - Ulterior se construiește curba de etalonare milimetrică, plasând pe abscisa unui sistem de axe rectangulare diviziunile scării gradate, iar pe ordonată lungimile de undă respective. -Fiecarei perechi de valori îi corespunde un punct de pe grafic. Unind printr-o linie continuă toate punctele, se obține curba de etalonare a spectroscopului. -În cazul dat vom folosi radiațiile emise de o lampă de cuarț cu vapori de mercur. 11.Efectuarea analizei spectrale. Modul de lucru -Conform datelor obținute la etalonarea spectroscopului notăm diviziunule scării pe un tabel. -Folosim hârtia milimetrică pentru a trasa graficul de dependență dintre lungimea de undă și unghiul de refracție.

-Plasăm pe axa absciselor diviziunile scării gradate ale spectroscopului (n), iar pe axa ordonatelor lungimile de unde (lambda). Se găsesc punctele graficului și unindu-le obținem curba de etalonare a spectroscopului. -Așezăm lampa de spirt pe o masă și o aprindem. -Un bastonaș de sticlă cu tampon de vată la capăt se îmbibă cu soluția ce conține produsul cercetat și se aplică pe mucul lămpii cu spirt. -Cercetăm spectrul apărut, deplasând lentila spectroscopului în plan orizontal și determinăm numărul liniilor spectrale. -Citim de pe scara gradată a spectroscopului valoare fiecărei diviziuni, care corespunde fiecărei linii spectrale -Trecem datele în tabel -De pe graficul de etalonare (curba de etalonare determinăm lungimile de undă ale liniilor spectrale a elementului cercetat și le trecem în tabel. -Comparăm lkungimile de undă ale spectrului obținut cu cele din atlasul spectrografic. -Dacă diferențele de lungimi de undă dintre cele obținute pe curba de etalonare și atlasul nu depășesc lungimea de +-2.5 nm, se poate constata elementul a cărui spectru a fost cercetat. -Determinăm după numărul de linii spectrale, după culori și după lungimile de undă, ce element chimic a fost cercetat. 12.Importanța analizei spectrale în practica medicală. Aparatele de analiză spectrală sunt frecvent utilizate la cercetarea medicobiologică pentru studiul structurii chimice a diverselor molecule organice. Aminoacizii și acizii nucleici prezintă benzi caracteristice în funcție de concentrația lor într-o soluție. Analiza spectrală calitativă este pe larg folosită în domeniul medicinii pentru identificarea urmelor de sânge și stabilirea cauzelor diferitor intoxicații. Aceste analize stau la baza faptului că hemoglobina și derivații săi au spectre de absorbție caracteristice. O variantă a analizei spectrale cantitative de emisie este metoda de dozare flamfotometrică a unor ioni alcalini din produsele biologice. Actualmente în laboratoarele clinice sunt de strictă necesitate spectrofotometrele pentru identificarea unor substanțe, precum și pentru constatarea rezultatelor unor reacții de laborator.