LEZIONE 6: elementi di ottica interazioni della radiazione con la materia
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- Bruno Danieli
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1 LEZIONE 6: elementi di ottica interazioni della radiazione con la materia SPETTROFOTOMETRIA UV-VIV-NIR ONDE ELETTROMAGNETICHE campo elettrico λ campo magnetico direzione di propagazione λ= lunghezza d onda (distanza fra due punti nello spazio in cui l onda assume gli stessi valori. ν = frequenza (quante volte in un secondo l onda si ripete uguale) lunghezza d onda λ e frequenza ν sono inversamente proporzionali, il loro prodotto dà la velocità della luce c: λν = c Energia ( E = hν ) 1
2 RADIAZIONI E MATERIA lunghezza d onda λ (m) Å 1 nm 1 μm 1 mm 1 MeV 1 kev 1 ev energia Regioni spettrali RAGGI γ RAGGI X INFRAROSSO ULTRA- VIOLETTO eccitazione nucleare e atomica Processi fisici coinvolti transizioni elettroni interni transizioni elettroni esterni VISIBILE vibrazioni molecolari (bending, stretching) MICRO- ONDE rotazioni molecolari risonanza spinelettrone ONDE RADIO risonanza magnetica nucleare LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO frequenza ν (Hz) numero d onda (cm -1 ) lunghezza d onda λ (m) Å 1 nm 1 μm 1 mm regioni RAGGI γ RAGGI X UV INFRAROSSO MICRO- ONDE lontano vicino VISIBILE vicino medio lontano estremo E-VHF ONDE RADIO lunghe medie corte IR estremo IR lontano IR medio IR vicino 380 nm 450 blu violetti 500 verdi gialli 600 aranci rossi 750 nm 3 μm 6 μm 15 μm λ 2
3 INTERAZIONE TRA LUCE E OGGETTI EMISSIONE RIFLESSIONE Sorgente luminosa Riflessione diffusa Riflessione speculare LUCE E COLORE SORGENTI PRIMARIE DI LUCE (EMISSIONE) SORGENTI SECONDARIE DI LUCE (RIFLESSIONE) 3
4 RADIAZIONE ASSORBITA E RADIAZIONE RIFLESSA A R = = I I I I A 0 R 0 Per il principio di conservazione dell energia la radiazione che non viene assorbita è riflessa indietro A + R =1 Riflessione diffusa (o lambertiana) Radiazione che ha interagito selettivamente con l oggetto: porta informazione sul colore Sorgente Riflessione speculare (brillantezza) Radiazione che non ha interagito con l oggetto: porta informazione sull illuminante 4
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6 SPETTROFOTOMETRIA SPETTROSCOPIA SPETTROMETRIA SPF FORS (Fiber Optics Reflectance Spectroscopy) RS (Reflectance Spectroscopy ma anche Raman Spectroscopy!!! ) Tutti sinonimi 6
7 TIPO DI INTERAZIONE NON DISTRUTTIVA CON IL CAMPIONE fascio di particelle o di radiazione Campione (quadro o parte di esso) rivelatore segnale PC C o n t e g g i Si Al S Na Lapislazzuli Ca K spettro LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO frequenza ν (Hz) numero d onda (cm -1 ) lunghezza d onda λ (m) Å 1 nm 1 μm 1 mm regioni RAGGI γ RAGGI X UV INFRAROSSO MICRO- ONDE lontano vicino VISIBILE vicino medio lontano estremo E-VHF ONDE RADIO lunghe medie corte IR estremo IR lontano IR medio IR vicino 380 nm 450 blu violetti 500 verdi gialli 600 aranci rossi 750 nm 3 μm 6 μm 15 μm λ SPETTROFOTOMETRIA UV_VIS_NIR 7
8 ASSORBANZA SPETTRALE I 0 I I A I I A = = I 0 0 I0 SCHEMATIZZAZIONE DEI LIVELLI ENERGETICI DEGLI ORBITALI MOLECOLARI SPETTRO DI ASSORBIMENTO AL VARIARE DELLA LUNGHEZZA D ONDA Spettro di assorbimento di un colorante fucsia 8
9 ESEMPI di molecole organiche con spettri caratteristici di assorbimento/riflessione nel visibile CLOROFILLA CAROTENE OSSIEMOGLOBINA SPETTROFOTOMETRIA IN ASSORBANZA: -STRUMENTI DA LABORATORIO -CAMPIONI SOLUBILI -ANALISI INVASIVE E DISTRUTTIVE IN RIFLETTANZA: -STRUMENTI PORTATILI -CAMPIONI SOLIDI -ANALISI NON INVASIVE LA LUCE ATTRAVERSA IL CAMPIONE => ANALISI QUANTITATIVA LA LUCE VIENE RIFLESSA DALLA SUPERFICIE DEL CAMPIONE ANALISI QUALITATIVA 9
10 RIFLETTANZA SPETTRALE LA RIFLETTANZA E UNA PROPRIETA FISICA DEGLI OGGETTI quantità di radiazione retrodiffusa da una superficie in dipendenza della lunghezza d onda. R(λ) = Energia riflessa Energia incidente Spettro di riflettanza RIFLETTANZA Lunghezza d onda (nanometri) 10
11 Misura dell energia riflessa per ogni λ rispetto a uno standard calibrato 11
![Ca Fe 0 XRF Pb Pb 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Energia [KeV]](/docs-images/93/112998060/images/12-1.jpg "Riflettanza spettrale Hans Memling, Crucifixion (1468-70) Vicenza,")
12 L utilizzo di due analisi per ottenere informazioni sulla stratigrafia di pigmenti Cu 1000 Conteggi (150 s) Cu Pb 200 Ca Fe 0 XRF Pb Pb Energia [KeV] Riflettanza spettrale Hans Memling, Crucifixion ( ) Vicenza, Musei civici 12
13 SPETTRI ESTESI NEL VICINO IR (->2400 nm) 100 trasmittanza % 90 Azzurrite Cinabro Blu di smalto lunghezza d'onda (nm) NIR, vicino IR MIR, medio IR SFERA INTEGRATRICE: RACCOGLIE TUTTA LA RADIAZIONE RIFLESSA DALLA SUPERFICIE MISURATA 13
14 STRUMENTAZIONE RIVELATORE (MULTILEMENTO) STRUMENTAZIONE PORTATILE (non riportato sul libro!!) SPETTROFOTOMETRO (analizza la radiazione proveniente dal campione) - Fibra ottica in ingresso - Monocromatore - Rivelatore multicanale - Convertitore del segnale in digitale SORGENTE DI RADIAZIONE (UV VIS NIR) FIBRA OTTICA CAMPIONE 14
15 ALCUNI RISULTATI PIGMENTI PITTORICI: CARATTERIZZAZIONE NEL VISIBILE nm (colorimetria) NIR (VICINO INFRAROSSO nm) caratterizzazione della parte di spettro INVISIBILE a OCCHIO NUDO 15
16 d1 lacca rossa olio d2alto ematite olio 60 d2basso cinabro olio riflettanza (% d3 ocra rossa olio d4basso carminio olio lunghezza d'onda (nm) 16
17 60 a1 azz. olio 50 a2 lapisl. olio b4bis azz+lapisl tempera 40 riflettanza (%) lunghezza d'onda (nm) 17
18 cobalto CrO riflettanza spettrale (%) rame resinato terra malachite crisocolla lunghezza d'onda (nm) 18
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4. In un becker ci sono 50 ml di NaOH 0,10 M. Quale soluzione, se aggiunta alla soluzione nel becker, non provoca variazioni del ph?
1. Quale tra i seguenti acidi è il più debole? a. CH 3 COOH K a = 1,8*10 5 c. HF K a = 3,5*10 4 b. HCN K a = 4,9*10 10 d. HCNO K a = 1,6*10 4 2. Nell equilibrio: Fe 3+ ( aq ) + SCN ( aq ) Fe(SCN) 2+ (
mvr = n h e 2 r = m v 2 e m r v = La configurazione elettronica r = e 2 m v 2 (1) Quantizzazione del momento angolare (2) 4 πε.
La configurazione elettronica Modello atomico di Bohr-Sommerfeld (1913) Legge fondamentale della meccanica classica F = m a. F Coulomb = 1 4 πε. q q ' F r centrifuga = m v r ε =8.85*10-1 Fm-1 (costante
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