Latar Belakang Teoritis untuk Spectrophotometer Kamera

 


 

Radiasi elektromagnetik

Radiasi elektromagnetik (EMR) adalah jenis energi yang meliputi cahaya, panas, dan x-ray. Hal ini dapat dengan mudah dijelaskan dengan menggunakan model gelombang sinusoidal, di mana sifat-sifat radiasi tergantung pada panjang gelombang, frekuensi, dan parameter lain dari gelombang. Untuk beberapa tujuan, biasanya ketika membahas penyerapan dan transmisi energi radiasi, akan lebih masuk akal untuk menggambarkan energi sebagai aliran partikel cahaya yang disebut foton , dimana energi dari foton sebanding dengan frekuensi radiasi. Dualitas gelombang / partikel berlaku untuk semua partikel elementer, dan harus digunakan sebagai pelengkap, bukan bertentangan, deskripsi gerakan radiasi.

Sifat gelombang radiasi elektromagnetik

Beberapa definisi berguna dan persamaan:
  • Amplitudo (A): Ketinggian gelombang (. Ara 1)
  • Panjang gelombang (λ): Jarak antara dua puncak gelombang (gambar 1).
  • Puncak dan melalui: tertinggi dan terendah poin, masing-masing, dari gelombang (. Ara 1)
  • Kecepatan cahaya (c) - Kecepatan radiasi karena perjalanan melalui ruang hampa. Kuantitas ini adalah sama untuk semua bentuk radiasi elektromagnetik, dari x-ray untuk menyalakan gelombang radio, dan konstan dalam kecepatan transportasi medium.The tertentu cahaya dalam ruang hampa adalah 2,99792 x 10 8 m / s. Kecepatan cahaya di udara hanya 0,03% lebih lambat, dan c baik media biasanya hanya dibulatkan menjadi 3,00 x 10 8 m / s.
  • Frekuensi (ν): Jumlah gelombang yang melewati titik tetap per detik
  • Periode (T): Jumlah detik dibutuhkan untuk gelombang untuk melewati titik tetap

gelombang sinusoidal

Gambar 1: Fitur dari gelombang sinusoidal. 
  • ν = 1 / T - Frekuensi gelombang adalah kebalikan dari periode.
  • λ ν = c (atau ν = c / λ) - produk dari frekuensi dan panjang gelombang adalah kecepatan cahaya. Atau, frekuensi gelombang berbanding terbalik dengan kecepatan.
  • E = hν = hc / λ, dimana h adalah konstanta Planck, 6,626 x 10-34 - Energi radiasi adalah sama dengan konstan Plank dikalikan dengan frekuensi radiasi.
     

 

The Spektrum Elektromagnetik

Meskipun semua gelombang wisata radiasi elektromagnetik dengan kecepatan cahaya, berbagai jenis gelombang memiliki panjang gelombang jauh berbeda-beda, frekuensi, dan energi. Semakin pendek panjang gelombang radiasi, semakin besar frekuensi dan besar energi. Spektrum elektromagnetik berkisar dari gamma (γ) radiasi, yang memiliki panjang gelombang terpendek, frekuensi tertinggi, dan energi terbesar, gelombang radio, yang memiliki panjang gelombang terpanjang dan frekuensi terendah dan energi.Spektrum Gelombang Cahaya

Gambar 2: The spektrum elektromagnetik, menunjukkan panjang gelombang dan frekuensi relatif, dengan cahaya tampak diperluas. 

 


 

Gerakan cahaya antara dua zat

Ketika cahaya bergerak antara dua zat, baik kecepatan dan arah gelombang elektromagnetik akan berubah. Indeks bias, n, diberikan oleh persamaan 
n = c / v p
mana c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa dan v p adalah kecepatan cahaya dalam zat tertentu. Indeks bias adalah unitless dan hanya menyediakan sarana untuk membandingkan kecepatan relatif cahaya dalam zat transparan;semakin besar indeks bias material, cahaya lambat akan melewatinya.

Ketika gelombang cahaya perubahan kecepatan, juga mengubah arah (gambar 3). Ini refraksi dapat berhubungan dengan kecepatan cahaya dalam zat menggunakan Hukum Snell,
http://www.asdlib.org/onlineArticles/elabware/Scheeline_Kelly_Spectrophotometer/HSFiles/s_Law.gif

di mana θ 1 adalah sudut insiden, θ 2 adalah sudut refleksi, dan v 1 dan v 2 adalah kecepatan cahaya dalam media pertama dan kedua, masing-masing. 
Pembiasan cahaya

Ara. 3: Bias cahaya: perubahan ke arah gelombang akibat perubahan kecepatan

Dalam ruang hampa semua jenis radiasi yang dibiaskan sama, tapi di media lain indeks bias adalah terkait dengan panjang gelombang cahaya. Karena itu, cahaya dari panjang gelombang yang berbeda dibiaskan ke derajat yang berbeda.Fenomena ini dikenal sebagai dispersi . 


 

Dispersi dari White Light di Grating

Cahaya putih adalah campuran dari semua panjang gelombang cahaya tampak. Ketika seberkas cahaya putih yang dikirimkan dari satu medium ke lainnya, panjang gelombang cahaya yang berbeda yang membentuk balok dibiaskan pada sudut yang berbeda karena mereka bepergian dengan kecepatan yang berbeda dan memiliki indeks bias yang berbeda. Hal ini menyebabkan panjang gelombang yang berbeda untuk dipisahkan dari satu sama lain dalam spektrum yang terlihat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Cahaya dapat dipisahkan baik menggunakan prisma (Gambar 4) atau kisi-kisi difraksi (Gambar 5).Cahaya melalui Prism sebuah 

Gambar 4: Seberkas cahaya putih menyebar ke dalam komponen warna. 

Sebuah difraksi transmisi kisi terdiri dari bahan transparan dengan jarak teratur alur potong sehingga seberkas cahaya melewati dipisahkan keluar ke panjang gelombang komponen. 
http://www.asdlib.org/onlineArticles/elabware/Scheeline_Kelly_Spectrophotometer/HSFiles/TransGrat.JPG

Gambar 5: Penyebaran cahaya dalam kisi transmisi 

Pemisahan cahaya diatur oleh persamaan: 
nλ = d (sin i + sin r) 
di mana n adalah urutan difraksi (bilangan bulat kecil), d adalah jarak antara alur dari kisi (biasanya dihitung dalam nanometer / groove), dan saya dan r adalah sudut dari kejadian dan refraksi, masing-masing.

Karena ada beberapa nilai untuk 'n', ada sejumlah spektrum, ditemukan di berbagai sudut refraksi, yang dapat dibentuk dari kisi-kisi difraksi. Biasanya, bagaimanapun, garis orde pertama adalah yang paling intens, dan hanya 1, 0, dan -1 spektrum dapat dilihat. 


 

Spektrofotometer

Spektrofotometer adalah instrumen yang mengukur absorbansi dari panjang gelombang cahaya dalam solusi.Absorbansi, A larutan adalah ukuran dari seberapa banyak cahaya dari panjang gelombang tertentu khusus untuk percobaan melewati solusi versus berapa banyak diserap oleh larutan. Absorbansi didefinisikan menggunakan Hukum Beer 
http://www.asdlib.org/onlineArticles/elabware/Scheeline_Kelly_Spectrophotometer/HSFiles/Absorbance.png 
mana saya 0 adalah jumlah panjang gelombang eksperimental hadir ringan sebelum berkas cahaya melewati solusi, dan saya adalah jumlah yang hadir cahaya dalam balok setelah itu telah melewati solusinya. Secara umum, lebih gelap solusi, kurang cahaya yang melewati solusi dan lebih tinggi absorbansi.

Menggunakan spektrofotometer kami, siswa akan dapat melihat mana panjang gelombang cahaya dalam spektrum terlihat diserap dan yang ditransmisikan. Sebuah solusi transparan merah tua, misalnya, memungkinkan merah dan cahaya oranye untuk melewati dan menyerap warna lain dalam spektrum. Sebuah solusi merah pucat menyerap beberapa cahaya biru dan hijau, tetapi juga memungkinkan beberapa melalui, dan solusi yang jelas mentransmisikan seluruh spektrum terlihat. Hal ini dapat dilihat dengan jelas dalam spektrum difraksi melalui kisi-kisi.