spektroskopia ramana - mitr.p.lodz.pl · pdf file3a. zastosowanie spektroskopii ramana w...
TRANSCRIPT
![Page 1: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/1.jpg)
SPEKTROSKOPIA RAMANA
Laboratorium Laserowej Spektroskopii
Molekularnej PŁ
![Page 2: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/2.jpg)
WIDMO OSCYLACYJNE
Zręby atomowe w molekule wykonują oscylacje wokół
położenia równowagi. Ruch ten można rozłożyć na 3n-6 w przypadku
molekuł nieliniowych oraz 3n-5 w przypadku molekuł liniowych, stopni
swobody
Model oscylatora harmonicznego
Oscylacje można rozpatrywać
wykorzystując modele
mechaniczne, posługując się
prawami mechaniki klasycznej
i dodając kwantowanie energii.
Drgania zrębów atomowych
w pierwszym przybliżeniu można
rozpatrywać na modelu oscylatora
harmonicznego. Prawo Hooke’a: siła F jest proporcjonalna do
wychylenia oscylatora ze stanu równowagi,
wychylenie definiujemy jako: q = r-re
![Page 3: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/3.jpg)
W czasie drgania wychylenie q zmienia się periodycznie
q=Qcos2t
gdzie: jest częstością drgania oscylatora, a Q jest amplitudą wychylenia.
Oscylator harmoniczny to taki oscylator, który spełnia prawo Hooke’a. Wynika
z tego, że:
F = -fq
czyli, że siła jest proporcjonalna do wychylenia.
Współczynnik proporcjonalności f nazywamy stałą siłową. Stała siłowa jest
wielkością charakteryzującą „ sprężystość” sprężyny i jest równa sile
przypadającej na jednostkę wychylenia [N/m].
![Page 4: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/4.jpg)
Energia oscylatora
Ruch drgający opisuje równanie Lagrange’a:
𝒅
𝒅𝒕 𝒅𝑻
𝒅𝒒 +
𝒅𝑼
𝒅𝒒= 𝟎
po podstawieniu:
𝒅𝑼
𝒅𝒒= 𝒇𝒒 𝑻 =
𝟏
𝟐𝒎𝒓𝒆𝒅𝒒
𝟐
otrzymujemy:
𝝂 =𝟏
𝟐𝝅
𝒇
𝒎𝒓𝒆𝒅 [𝑯𝒛] 𝝂 =
𝟏
𝟐𝝅𝒄
𝒇
𝒎𝒓𝒆𝒅 [𝒄𝒎−𝟏]
𝒎𝒓𝒆𝒅 =𝒎𝟏 ×𝒎𝟐
𝒎𝟏 + 𝒎𝟐 [𝒌𝒈]
![Page 5: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/5.jpg)
𝝊 = 𝟎
𝑬𝒐𝒔𝒄 =𝟏
𝟐𝒉𝝂
Energia oscylacji molekuł
Energia oscylacji zrębów atomowych w molekule jest skwantowana
𝑬𝒐𝒔𝒄 = 𝒉𝝂 𝝊 +𝟏
𝟐
kwantowa liczba oscylacji
𝑬𝒐𝒔𝒄 =𝒉
𝟐𝝅
𝒇
𝒎𝒓𝒆𝒅 𝝊 +
𝟏
𝟐
stała siłowa kwantowa
liczba oscylacji
dla
kwant
połówkowy nawet w temperaturze 0 K
oscylacje zrębów atomowych
NIE USTAJĄ !
∆𝑬𝒐𝒔𝒄. = ℏ 𝒇
𝒎𝒓𝒆𝒅
![Page 6: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/6.jpg)
Oscylator anharmoniczny
Oscylator anharmoniczny nie spełnia prawa Hooke’a.
Gdy nie znamy matematycznej postaci funkcji U(q) rozwijamy funkcję w szereg
Taylora lub, jeśli to możliwe, w szereg Maclaurina.
𝑼 𝒒 = 𝑼𝒒=𝟎 +𝟏
𝟏! 𝒅𝑼
𝒅𝒒 𝒒=𝟎
𝒒 +𝟏
𝟐! 𝒅𝟐𝑼
𝒅𝒒𝟐 𝒒=𝟎
𝒒𝟐 +𝟏
𝟑! 𝒅𝟑𝑼
𝒅𝒒𝟑 𝒒=𝟎
𝒒𝟑 + ⋯
0 energia oscylatora anharmonicznego
𝑬𝒐𝒔𝒄.𝒂𝒏𝒉. = 𝒉𝝂 𝝊 +𝟏
𝟐 − 𝒉𝝂𝒙 𝝊 +
𝟏
𝟐 𝟐
∆𝑬𝒐𝒔𝒄.𝒂𝒏𝒉. = 𝒉𝝂 𝟏 − 𝟐𝒙(𝝊 + 𝟏)
0
![Page 7: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/7.jpg)
Drgania molekuł
Rozciągające symetryczne
Rozciągające asymetryczne
Nożycowe (zginające)
Wahadłowe Wachlażowe
Skręcające
Drgania normalne: jednoczesny ruch wszystkich zrębów atomowych
molekuły odbywający się z jednakową częstością i zgodnie w fazie
Drgania własne: drgania, które nie powodują przemieszczenia środka
masy molekuły ani jej obrotu
rodzaje drgań normalnych
![Page 8: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/8.jpg)
Rozpraszanie promieniowania
Czy promieniowanie elektromagnetyczne, w którym nie ma fotonów
pasujących do odstępów między poziomami energetycznymi, w ogóle nie
oddziałuje z molekułami ?
Molekuła jest zbiorem ładunków elektrycznych dodatnich i ujemnych. Składowa
elektryczna promieniowania elektromagnetycznego musi z nimi oddziaływać.
Indukuje ona w molekule moment dipolowy proporcjonalny do natężenia E
składowej elektrycznej pola, przy czym współczynnikiem proporcjonalności jest
polaryzowalność molekuły.
𝝁𝒊𝒏𝒅 = 𝜶𝑬 (1)
𝑬 = 𝑬𝟎𝒄𝒐𝒔𝟐𝝅𝝂𝟎𝒕 (2)
![Page 9: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/9.jpg)
𝝁𝒊𝒏𝒅 = 𝜶𝑬𝟎𝒄𝒐𝒔𝟐𝝅𝝂𝟎𝒕 (3)
𝑰~𝑴𝒊𝒏𝒅𝟐 𝝂𝟎
𝟒 (4)
Opisane zjawisko nazywamy rozpraszaniem promieniowania
Ilustracja rozpraszania
![Page 10: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/10.jpg)
Widmo RAMANA
Teoria polaryzowalności Placzka
𝝁𝒊𝒏𝒅 = 𝜶𝑬𝟎𝒄𝒐𝒔𝟐𝝅𝝂𝟎𝒕
polaryzowalność: potencjalna zdolność przemieszczania się elektronów
względem jąder w polu elektrycznym
𝜶 = 𝒇(𝒒)
𝜶 𝒒 = 𝜶𝒒=𝟎 +𝟏
𝟏! 𝒅𝜶
𝒅𝒒 𝒒=𝟎
𝒒 +𝟏
𝟐! 𝒅𝟐𝜶
𝒅𝒒𝟐 𝒒=𝟎
𝒒𝟐 + ⋯
𝒒 = 𝑸𝒄𝒐𝒔𝟐𝝅𝝂𝒕
(1)
(2)
(3)
(4)
![Page 11: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/11.jpg)
𝜶 𝒒 = 𝜶𝟎 + 𝒅𝜶
𝒅𝒒 𝟎
𝑸𝒄𝒐𝒔𝟐𝝅𝝂𝒕
polaryzowalność zmienia się z częstością drgania normalnego, ale tylko wtedy gdy
pochodna polaryzowalności po współrzędnej drgania nie jest równa zero
ostatecznie można pokazać, że:
𝝁𝒊𝒏𝒅 = 𝜶𝟎𝑬𝟎𝒄𝒐𝒔𝟐𝝅𝝂𝟎𝒕 +𝟏
𝟐 𝒅𝜶
𝒅𝒒 𝟎
𝑸𝑬𝟎𝒄𝒐𝒔𝟐𝝅 𝝂𝟎 − 𝝂 𝒕 +𝟏
𝟐 𝒅𝜶
𝒅𝒒 𝟎
𝑸𝑬𝟎𝒄𝒐𝒔𝟐𝝅 𝝂𝟎 + 𝝂 𝒕
(5)
(6)
rozpraszanie
Rayleigha
rozpraszanie Ramana
skladowa stokesowska
rozpraszanie Ramana
skladowa antystokesowska
![Page 12: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/12.jpg)
Spektrometr ramanowski
schemat ideowy spektrometru ramanowskiego
monochromator
kuweta
CCD
50
100
150
200
250
300 400 500 600 700
widmo z kamery CCD
![Page 13: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/13.jpg)
Zastosowania spektroskopii
Ramana 1. Analiza jakościowa i ilościowa
fragment tablicy korelacyjnej częstości drgań
w organicznych związkach azotu
widma Ramana i IR metanolu
![Page 14: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/14.jpg)
2. Analiza przejść fazowych
PA-MCH , c=2,31M
zakres niskoczęstościowy
PA-MCH , c=2,31M
293-77K
PA-MCH , c=2,31M
skany DSC
![Page 15: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/15.jpg)
3. Analiza układów biologicznych
3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów
Widma Ramana
a) i b) tkanka zdrowa
c) tkanka nowotworowa
Widma Ramana
a) tkanka zdrowa
b) tkanka nowotworowa
c) krew obwodowa
![Page 16: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/16.jpg)
Niskotemperaturowe widma Ramana
a) tkanka zdrowa
b) tkanka nowotworowa kriostat
![Page 17: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/17.jpg)
5. Konfokalna mikroskopia Ramana
5a. Analiza tkanek gruczołu piersiowego
ex-vivo
http://www.witec.de
http://www.mitr.p.lodz.pl/raman
![Page 18: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/18.jpg)
5b. Analiza komórek skóry in-vivo
skóra sucha skóra nawilżona
http://www.horiba.com
![Page 19: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/19.jpg)
5c. Widma komórek bakterii
widok kolonii bakterii
widmo Ramana pojedynczej komórki bakterii
http://www.horiba.com
![Page 20: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/20.jpg)
6. Analizy farmaceutyczne
kofeina
kwas acetylosalicylowy
paracetamol- N-(4-
hydroksyfenylo)acetamid
widma Ramana
składników tabletki
http://www.horiba.com
![Page 21: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/21.jpg)
7. Analiza fotouczulaczy
Niskotemperaturowe widma Ramana
ZnPcS4-H2O
Niskotemperaturowe widma Ramana
ZnPcS4-DMSO
![Page 22: SPEKTROSKOPIA RAMANA - mitr.p.lodz.pl · PDF file3A. Zastosowanie spektroskopii Ramana w badaniu nowotworów Widma Ramana a) i b) tkanka zdrowa c) tkanka nowotworowa Widma Ramana a)](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022020302/5a9175cf7f8b9a7f398e728f/html5/thumbnails/22.jpg)
LABORATORIUM LASEROWEJ SPEKTROSKOPII MOLEKULARNEJ
Politechnika Łódzka
Międzyresortowy Instytut Techniki Radiacyjnej
93-590 Łódź
Wróblewskiego 15
tel:(48-42) 6313175, 6313162, 6313188
fax:(48-42) 6840043
http://www.mitr.p.lodz.pl/raman