Autor: D.I. Croitoru

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

II Un 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.

Determinarea radiațiilor nucleare

1. Radioactivitatea. Dezintegrarea radioactivă.

Radioactivitatea este emisia spontantă de particule și unde în cadrul dezintegrării radioactive.

Dezintegrarea radioactivă este un fenomen fizic prin care nucleul unui atom instabil, numit și

radioizotop, se transformă spontan, se dezintegrează degajând energie sub formă de radiații

diverse(alfa, beta, pozitron, gama) într-un atom mai stabil.

În timpul dezintegrării, atomul pierde o parte din masă.

Materialul ce emite spontan radiații se numește material radioactiv.

2. Tipurile de dezintegrări radioactive. Radiaţiile ce se emit în rezultatul dezintegrării

radioactive

Dezintegrația alfa și beta. Radiații sub formă de materie(la alfa – atom de He, la beta – un

electron și un pozitron) și radiații sub formă de undă electromagnetică (radiația gamma)

3. Radiaţiile α, β, γ. Dezintegrarea alfa produce un nucleu al atomului cu număr de ordine 2 mai mic și cu numărul

de masă cu 4 mai mic.

Ca exemplu – dezintegrarea Uraniului în Th(toriu), energia particulelor alfa este bine

determinată de aceea emisia lor formează un spectru de linii. Energiile fiind cuprine între 4

MeV și 10 MeV.

Dezintegrarea beta produce un nucleu cu număr atomic cu 1 mai mare și cu același număr de

masă. La dezintegrarea beta are loc transformarea unui neutron într-un proton și un electron,

ultimul fiind expulzat ca particulă beta.

Energiile particulelor beta variază de la 0, când toată energia reacției aparține particulei y, până

la Emax când y este lipsită de energie. De exemplu dezintegrarea nucleului de Thor-234 în

Paladiu.

Radioactivitatea gamma, contrar diferitor tipuri de radioactivitate deja menționate nu prezintă

emisie de materie provenită din nucleu, ci o emisie de energie sub formă de radiație

electromagnetică. Ea poate fi pură în cazul unui pasaj de tranziție de la un nivel metastabil la

un nivel stabil. În majoritatea cazurilor radioactivitatea gamma rezultă din dezexcitarea

nucleului, provenită la dezintegrarea alfa sau beta. Fotonii gamma a căror energie nu

depășește câțiva MeV rezultă din tranzișia nucleonilor printre nivelele energetice perfect

definite în nucleu.

4. Formă generală a expresiilor reacţiilor nucleare de dezintegrare α şi β.

5. Regula de deplasare pentru fiecare tip de dezintegrare radioactivă. 6. Capacitatea de penetrare şi respectiv ionizare ale radiaţiilor nucleare. Puterea de penetrare a radiațiilor reprezintă distanța care ele o pot parcurge într-un anumit mediu, până sunt absorbite complet în grosimea unei foi de hârtie obișnuită sau în cel mult o zecime de milimetru de aluminiu. În aer distanța maximă pe care o străbate nu depășește 11 cm. Razele beta sunt mai puțin rapide, dar considerabil mai dure decât alfaș ele pot străbate 2-3 mm de aluminiu. În aer distanța nu depășește mai mult de 10-15 m. În schimb razele gamma sunt cele mai penentrante datorită puterii lor de ionizare foarte scăzută (procesele de interacțiune cu atomii substanței prin care trec sunt foarte rare). 7. Legea dezintegrării radioactive. Perioada de înjumătăţire. Constanta de dezintegrare. Corelaţia dintre „T” şi „λ”. Perioada de înjumătățire reprezintă timpul în care se dezintegrează o jumătate din cantitatea de substanță radioactivă inițială pentru a determina folosim formulele(pg 186 curs)

Dezintegrarea radioactivă este un fenomen spontan, deoarece nu poate fi manevrat din exterior.Nu depinde de temperatură, presiune sau structură chimică în care se află atomul, al cărui nucleu este nestabil. Pe de altă parte este și un fenomen aleator – nu se poate prezice când se va dezintegra un anumit nucleu nestabil. Pentru o mulțime mare de nuclee radioactive de anumit tip poate fi stabilită legea statistică, ce exprimă dependența numărului nucleelor dezintegrate de timp, expresia matematică este N(t)=N0 e(la puterea minus lambda inmultit cu t) N0 – numărul inițial de atomi radioactivi N(t) – numărul de atomi radioactivi rămași t – timpul scurs de la începutul experimentului lambda – constanta caracteristică fiecărei substanțe radioactive 8. Activitatea substanţelor radioactive. Unităţi de măsură. Fond radioactiv. Corelaţia dintre 1Bq şi 1Ci. Numărul de nuclee dezintegrate într-o unitate de timp reprezintă o caracteristică a preparatului radioactiv, numită activitate radioactivă.(A) Unitatea de măsură în SI este Becquerel(Bq) ce corespunde activității unei surse radioactive în caz că se produce o dezintegrare într-o secundă. O unitate mai frecvent utilizată în practică, ce corespunde activității unui gram de radiu este numită Curie (Ci) 1 Ci = 3.7 x 10(7) Bq 9.Detectoare de radiaţii nucleare. Contorul Geiger – Muller -este format dintr-un condensator cilindric închis într-un tub de sticlă -anodul este foarte subțire, catodul este un cilindru metalic sau o peliculă metalică, dispusă pe peretele interior al tubului -electrozii sunt legați la o diferență de potențial de câteva sute de volți -câmpul electric în vecinătatea anodului este foarte intens -La trecerea particulei nucleare încărcate , în gazul din interiorul contorului se produc perechi de ion-electron -Electronii sunt puternic accelerați în câmpul intens al firului central și produc la rândul lor ionizări secundare, în acest fel se formează o avalanșă de ioni și electroni. -În circuit apare un curent de descărcare de scurtă durată -Curentul care trece prin circuit produce la bornele rezistorului R o cădere de tensiune care este amplificată și înregistrată -Aceasta este impulsul de tensiune care se obține la trecerea unei particule încărcate prin contor

-Particulele sunt numai numărate, detectorul nu permite determinarea altor proprietăți ale particulelor. 10. Determinarea fondului radioactiv şi a activităţii unei substanţe radioactive, utilizând instalaţia de tipul B – 4.

Determinarea concentraţiei soluţiilor prin metoda polarimetrică 1. Definiția undei electromagnetice.

O unda electromagnetica rezulta din asocierea a doua componente – un camp electric oscilator caracterizat de vectorul E, si un camp magnetic oscilator caracterizat de vectorul H. Oscilatiile acestor vectori sunt tot timpul in faza, vectorii fiind situati in planuri perpendiculare. Propagarea undei in spatiu are loc in directie perpendiculara de acesti vectori. 2. Spectrul undelor electromagnetice al luminii vizibile.

Undele electromagnetice ale craror lungimi sunt situatie intre 10(8) nm si 10(-16) nm alcatuiesc

spectrul electromagnetic.

O portiune mica din el (400-760 nm), este perceputa de ochiul omului si alcatuieste spectrul

vizibil sau mai numita lumina.

Lumina poseda atat proprietati ondulatorii cat si proprietati corpusculare, cele ondulatorii se

manifesta prin fenomenele de propagare (reflexive, refractive, interferenta, difractie, polarizare)

iar cele corpuscular prin fenomenele de emisie si absorbie)

3. Lumina naturală și lumina polarizată

Lumina in care oscilatiile vectorilor ce caracterizeaza campurile ondulatorii sunt situatie in

planuri diferite, se numeste lumina naturala, sau lumina nepolarizata.

Lumina in care oscilatiile tuturor vectorilor de lumina au loc numai in plane paralele se numeste

lumina plan polarizata sau liniar polarizata.

Planul in care au loc oscilatiile luminii se numeste plan de polarizare a luminii.

4.Metode de polarizare a luminii.

Lumina nepolarizata poate fi transformata in lumina polarizata, acest fenomen se numeste

polarizare, exista cateva metode:

-prin reflexive si refractive

-prin dubla refractive

-prin transmisie

5.Polarizorul și analizorul.

In lucrarea data se va studia polarizarea luminii prin dubla refractive, utilizand un cristal de spat

de Islanda.

Cristalul este taiat pe diagonal scurta, iar fetele astfel obtinute ale romboidului se lipesc cu

balsam de Canada, ansamblul obtinut se numeste nicol

Prin dubla refractive apar doua raze polarizate, avand plane de vibratie perpendiculare.

-raza ordinara, care se supune legilor refractiei

-raza extraordinara, care nu se supune legilor refractiei

Balsamul de Canada are pentru raza extraordinara un indice de refractive foarte apropiat celui de

spat de Islanda, si ca atare acesasta va trece practice nedeviata prin nicol.

Raza ordinara, odata intrata in nicol, sufera o reflexive totala si este eliminate.

Astfel de substante sunt numite birefrigerente.

6.Legea lui Brewster.

Tangenta unghiului de incidenta a fasciculului polarizat este egala cu tangenta unghiului de

refractie a mediului.

tgi = n

7.Fenomenul de birefringență.

Fenomenul de birefrigerenta este posibil in cazul prezentei intr-un sistem a unei substante

birefrigente ce va sta in calea parcursa de un fascicule de lumina, astfel permitand refractia

diferita a 2 fascicule de lumina ce provin din acelasi fascicule.

8. Substanțe optic active.

Unele substanțe, în majoritate organice, datoritî prezenței unuia sau mai multor atomi de Carbon

asimetrici, poseda proprietatea de a roti planul de polarizare a luminii incidente, astefel de

substanțe se numesc substanțe optic active, iar proprietatea lor de a roti planul de polarizare a

luminii – activitate optica, ele pot fi dextrogire și levogire, în funcție de direcție în care este rotit

fasciculul de lumină.

9.Unghiul specific de rotație a planului de polarizare al substanței.

Unghiul j, cu care soluția optic activă rotește planul de polarizare a luminii la o anumită

temperatură și lungime de undă, este direct proporțional cu cncentrația C a solvitului și cu

lungimea stratului de soluție străbătut conform relației:

10. Polarimetrul.

Deoarece nicolul costă scump, în unii polarizatori se folosesc polaroizii, cel mai simplu

polarimetru constă din 2 nicoli identici – polarizator și analizator.

Polarimetrul are o sursă de lumină, o lentilă, 2 nicoli sau 2 polaroizi, un tub unde se introduce

soluția , și ocularul, unde pot fi vazute corespondentele dintre spectrul substantei cercetate si

linia galbena, ce va servi ca punct de reper in stabilirea unghiului de refractie, si ulterior printr-o

formula si concentratia substantei date.

11. Utilizarea luminii polarizate în biologie și medicină.

Lichidele biologice conțin substanțe de natură organică, o parte din ele, datorită asimetriei

lanțului de carbon, sunt substanțe optic active, respectiv este posibilă determinarea concentrației

unor substanțe în lichidele biologice prin metoda polarimetrica.

De asemenea pot fi studiate și transformările structurale (în biofizica moleculară)

Microscopia polarizată servește la determinarea izotropiei și anizotropiei optice a diferitor

elemente histologice, precum și verificarea lor, lame osoase, fibre de colagen, cromatina,

mielină etc.

Lumina polarizată poate fi utilizată pentru a studia tensiunile mecanice care apar în țesutul osos.

Laser. Determinarea lungimii de undă și energiei unei cuante. 1. Postulatele lui Bohr. Nivelele energetice Conform modelului atomic planetar a lui Niels Bohr, atomul are o structura asemanatoare cu

sistemul solar, cu un numar prestabilit de nivele energetice, pe care se rotesc, si pot migra

electroni.

Este aplical doar pentru atomii ce au un singur electron pe ultimul strat.

I Electronii pot orbita numai in mod stabil, fara a radia pe anumite orbite stationare la un

anumit set discret de distante fata de nucleu.

II Electronii pot castiga si pierde energie doar sarind de la o orbita la alta , absorbind sau

emitand radiatii electromagnetice cu o frecventa U determinata de diferenta energetica din

relatia lui Planck

E = E2-E1 = hu

2. Stare stabila, stare metastabila

Stare stabila – stare a atomului in care toti electronii se afla pe straturile lor initiale

Stare metastabila – stare a atomului in care un electron migreaza pe un strat energetic

superior, pentru o perioada foarte scurta de timp

3.Emisie spontana, emisie stimulata

Revenirea spontana a electronului de pe un nivel energetic superior pe cel initial se numeste

emisie spontana.

Daca intr-un timp scurt, un electron de pe un strat energetic superior va reveni pe stratul initial,

sub actiunea factorilor externi, fenomenul se va numi emisie stimulata.

4.Fenomenul(efectul) laser, Mediu activ laser

Fenomenul de emitere in lant a fotonilor de la un atom la altul si trecerea lor in stare excitata

pentru un timp scurt, ce are loc cand stimularea se face cu un foton de frecventa egala cu cea a

radiatiei, se numeste fenomen laser.

Substanta a carei atomi permit producerea acestui fenomen se numeste mediu activ laser.

5.Inversiunea populatiilor. Pompajul fotonic (sau optic). Surse de pompaj fotonic.

Stimularea atomilor unui mediu de a trece in stare excitata metastabila se numeste inversiune

de populatie.

Transmiterea energiei necesare pentru migrarea electronilor atomilor pe straturi energetice

superioare prin metode chimice, energetice etc se numeste pompaj fotonic.

Sursa de energie ce permite excitarea metstabila a atomilor se numeste sursa de pompaj

6. Principiul de functionare a laserului. Laserul cu He-Ne

Pentru a realiza pompajul fotonic este necesar un mediu difuz compus din 2 gaze cu nivele

energetice egale sau foarte apropiate.

In laserul He-Ne, rolul gazului de baza revine Neonului, Heliul avand rol de transmitator de

energie spre Neon.

Exista o anumita valoare a intensitatii curentului ce asigura un randament mai mare a

inversiunii populatiei.

Intre capetele tubului (prevazute cu o oglinda se afla fereastra Brewster ce asigura conservarea

energiei sistemului dat la iesirea si intrarea in tubul de descarcare electrica, polarizand

fascicucul laser intr-un anumit plan)

7.Difractia si interferenta luminii. Retaua optica de difractie. Formula retelei de difractie.

Fenomenul difractiei consta in abaterea de la propagarea rectilinie a undelor cand se intilnesc

in calea lor obstacole sau fante ale caror dimensiuni liniare sunt comensurabile cu lungimea de

unda. Acest fenomen este caracteristic atat pentru undele mecanice, cat si pentru cele

electromagnetice.

Interferenta este fenomenul de suprapunere a doua sau mai multe unde coerente intr-o

anumita zona din spatiu ducand la obtinerea unui tablou stationar de maxime si minime de

interferenta.

Pentru a obtine un fenomen de interferenta stationara, undele trebuie sa aiba aceeasi

frecventa si sa fie coerente, adica sa aiba o diferenta de faza constanta.

8.Determinarea lungimii de unda, frecventa si energiei unei cuante de radiatie laser cu ajutorul

retelei de difractie. Formulele respective.

sina = n lambda \ d => lambda = sina d \ n

d – constanta de difractie a mediului

alfa – unghiul format intre directia spre un anumit maxim n si directia fluxului incident.

- Pe bancul optic, in suporturi special se instaleaza laserul, reteaua de difractie si ecranul. Dupa

introducerea laserului se pune la punct sistemul optic. Distanta dintre retea si ecran se

stabileste astfel incat pe ecran sa se observe tabloul de interferenta cu maximele de ordinele

1,2,3

-cu ajutorul riglei se masoara distant L de la retea pana la ecran si distant S de la maximul

central (n=0) pana la maximul de ordinal (n=1)

-raportul S/L reprezinta valoare numerita tgf, unde f este unghiul de difractie pentru maximul

de ordinal intai, folosind tabelul functiilor trigonometrice, determinam valoarea respective a

sinf

-din formula retelei de difractie, se determina lungimea de unda a radiatiei laser lambda = d sinf

unde d este constanta retelei de difractie.

-cunoscand lungimea de unda si viteza luminii, se determina frecventa radiatiei laser din relatia

u = c\lambda

-energia unei cuante a radiatiei laser cu He-Ne se determina din relatia E=hu , unde h este

constanta lui Planck (h=6.62 x 10(-34) J s )

-masurarile mentionate se repeat pentru maximele de ordinal 2 si de ordinal 3

-rezultate se trec in tabel

9.Proprietățile radiațiilor laser și utilizarea în domeniul medico-biologic.

Intensitatea laserului In functie de tipul laser si de aplicatia pentru care a fost construit, puterea transporata de fascicul poate fi diferita. Astfel daca diodele lasere folosite pentru citirea discurilor compacte este de ordinul a numai 5 mW, laserii cu CO2 folositi in aplicatii industriale de taiere a metalelor pot ava in mod curent intre 100 W si 6000 W. In medicina pentru penetrarea adanca a tesutului se foloseste putere de pan ala 12 W in mod continuu. Monocromaticitatea

Majoritatea laserelor au un spectru de emisie foarte ingust ca urmare a modului lor de functionare, in care numarul mic de fotoni initiali este multiplicat prin copiere exacta, producand un numar mare de fotoni identici. In anumite cazuri, spectrul este atat de ingust, incat fasciculul isi pastreaza relatia de faza pe distante imense. In medicina gradul de penetrare a razei Laser intratisular depinde de lungimea de unda a acesteia. Cele mai folosite lungimi de unda sunt cele din spectrul rosu si infrarosu, laserul rosu are patrunderea tisulara de pana la 2-3 cm. Directionalitatea In timp ce lumina unei surse obisnuite cu greu poate fi transformata intr-un fascicul paralel cu ajutorul unor sisteme optice de colimare, lumina laser este in general emisa de la bun inceput sub forma unui fascicul paralel. Aceasta se explica prina ctiunea cavitatii optice rezonante de a selecta fotonii care se propaga pralel cu axa cavitatii. Astfel in timp ce un reflector obisnuit de lumina orientat de pe pamant spre Luna, lumineaza pe suprafata lunii o suprafata de aprox 27000 km in diametru, fasciculul unui laser cu He-Ne lumineaza pe luna cu un diametru mai mic de 2 km. Coerenta Reprezinta propeitatea unei surse de a emite radiatii de aceeasi frecventa si cu o diferenta de faza constanta in timp. Coerenta laserului reisese din metoda de obtinere a acestuia, adica prin excitarea atomilor din care se scot fotoni identici cu care sa realizat excitarea , ca urmare laserul este alcatuit din fotoni identici cu cei care cu care sa realizat excitarea, iar daca folosim pentru doua lasere fotoni cu aceeasi frecventa obtinem totdeauna doua raze coerente. Din aceasta cauza, laserul este foarte folosit la realizarea fenomenului de interferenta atunci cand este necesar. Aplicatii in med. In chirurgie si microchirurgie laseurl este folosit in tratarea glioamelor, la despinderea unor tumori de pe principalele vase de sange, la vaproizarea unor tumori din ventricule, extirparea unor tumori cerebrale intens vascularizate, la excizia nevroamelor, la reparearea si anastomozarea unor vase de sange. In oftalmologie laserul este folosit in retionopatia diabetica, la ocluziile vaselor retiniene, la prevenirea si extinderea hemoragiilor, la dezlipiri sau rupturi retiniene. In otorinolaringologie laserul permite tratarea unor afectiuni patologice prin fotocoagulare sau vaporizare, de exemplu in cazul papilomatozei laringiene, a nodulilor vocali, a polipilor corzilor vocale, la inlaturarea unor formatiuni tumorale benigne. In dermatologie este utilizat atat efectul termic cat si cel fotobiostimulant si fotochimic, permite inlaturarea tumorilor cutanate benigne si maligne precum si la tratarea altor afectiuni dermatologice.

Terapia cu ajutorul radiatiei laser presupune o gama variata de dispozitive laser cu caracteristici functionale optime pentru un tip de afectiune. Dintre dispozitvele laser cu caracteristici functionale optime pentru un anumit tip de afectiune.