Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Rozpraszanie światła. Światło fala elektromagnetyczna o długości z zakresu widzialnego (400-700nm) strumień fotonów.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Rozpraszanie światła. Światło fala elektromagnetyczna o długości z zakresu widzialnego (400-700nm) strumień fotonów."— Zapis prezentacji:

1 Rozpraszanie światła

2 Światło fala elektromagnetyczna o długości z zakresu widzialnego ( nm) strumień fotonów

3 Natura falowa światła E z (t)=E o sin(2πυt-ky) H x (t)=H o sin(2πυt-ky) E o,H o - amplitudy υ - częstotliwość k=(2π/λ)=ω/c - wektor falowy w kierunku rozchodzenia się fali ω= 2πυ=2πc/ λ - częstość kątowa

4 Natura falowa światła w liczbach: prędkość światła c=2,9979×10 8 m/s długość fali λ=( )nm (nm = m = 10Å) częstotliwość υ = (7,7 - 3,8)×10 14 Hz (fioletowe-czerwone) liczba falowa (częstość υ =1/λ) cm -1 rozmiar cząsteczek rozpraszających: Å (1-10 nm)

5 promieniowanie EM jest strumieniem fotonów E=hν=hνc, energia fotonu o częstotliwości ν Natura korpuskularna światła Hemoglobina ma kolor czerwony! - silnie absorbuje promieniowanie żółte, zielone i niebieskie a przepuszcza czerwone Zaabsorbowany foton odpowiadający światłu żółtemu (λ=550nm) to energia 3,61× J

6 Rozpraszanie światła Prawo elektrodynamiki klasycznej: drgający ładunek jest źródłem promieniowania rozchodzącego się we wszystkich kierunkach w płaszczyźnie prostopadłej do oscylacji Cechy: częstość i intensywność

7 Cechy promieniowania rozproszonego Intensywność (natężenie), I I ~ E o 2 (kwadrat amplitudy pola elektrycznego) I ~ λ -4 (fale krótsze rozpraszają się silniej niż dłuższe) I zależy od kąta rozpraszania θ Częstość: –równa częstości promieniowania padającego = rozpraszanie Rayleigha (1871r.) = elastyczne –różna od częstości promieniowania padającego = rozpraszanie Ramana (1928r.) = nieelastyczne

8 Dlaczego niebo jest niebieskie?

9 I ~ 1/ 4 (700 nm / 400 nm) 4 = = 9.4 Światło czerwone rozprasza się nawet 9-krotnie słabiej niż fioletowe. Dlaczego niebo jest niebieskie!

10 I ~ 1/ 4 (700 nm / 400 nm) 4 = = 9.4 Światło czerwone rozprasza się nawet 9-krotnie słabiej niż fioletowe. Dlaczego niebo jest niebieskie!

11 Rozpraszanie w roztworze v-mikroskopijnie mały element objętości zawierający molekuły rozpraszające światło, k i, k s – wektory falowe światła padającego i rozproszonego. q- wektor rozpraszania, P- punkt obserwacji natężenia pola elektrycznego E s, odległy o R od środka układu rozpraszającego, W elastycznym rozpraszaniu światła, k i i k s są sobie równe, |q| = |k i ­ k s | = 2 n/ sin( ).

12 Częstotliwość światła rozproszonego Częstotliwość: –równa częstotliwości promieniowania padającego = (rozpraszanie Rayleigha) = elastyczne oddziaływanie pola fali EM z dipolem elektrycznym cząsteczki –różna od częstotliwości promieniowania padającego = (rozpraszanie Ramana) = nieelastyczne oddziaływanie- zmiana stanu energetycznego atomu lub cząsteczki !!Ale zmiana częstotliwość może wyniknąć z ruch cząsteczek rozpraszających - efekt Doplera

13 Zmiana częstotliwości

14 Widmo światła rozproszonego

15 Fluktuacje natężenia

16 Wielkość mierzona - rodzaj eksperymentu Natężenie całkowite (rozpraszanie statyczne) – SLS (Statyczne Rozpraszanie Światła) Widmo światła rozproszonego (Interferometria Fabry- Perota) Fluktuacje natężenia światła rozproszonego DLS lub PCS (Dynamiczne Rozpraszanie Światła lub Spektroskopia Korelacji Fotonów)

17 Układ pomiarowy q = 2 n/ sin( ) laser λ, I i θ I detektor próbka I st - standard (benzen, toluen) I o - rozpuszczalnik (buffor) I - roztwór (białka, DNA, etc.)

18 Układ pomiarowy

19

20 Rozpraszanie promieniowania gdzie: R Θ jest współczynnikiem Rayleigha q - wektor rozpraszania, K - stała zależna od przyrządu oraz kontrastu optycznego dn/dc, c - stężenie wagowe, M - masa cząsteczkowa (wagowo średnia), P(q) - czynnik kształtu (interferencja wewnątrzcząsteczkowa), S(q) - czynnik struktury (interferencja międzycząsteczkowa) Natężenie promieniowania rozproszonego I(q):

21 1/M c Kc/R siła jonowa Rozpraszanie statyczne w roztworze P(q) 1 (interferencje wewnątrzcząsteczkowe) S(q) interferencje międzycząsteczkowe

22 Indykatrysy rozpraszania światła – I(θ) P(q) Dla cząsteczek małych w porównaniu z długością fali światła: d << Dla cząsteczek porównywalnych z długością fali światła: d

23 1/I q2q2 tg = 1/3 q 2 R g 2 Rozpraszanie statyczne w roztworze I(θ) P(q) P(q) interferencje wewnątrzcząsteczkowe ~ R g

24 Wymiary: R = 10 nm R = 17.7 nm, h = 1 nm L=333 nm, d = 20 nm

25 Rozpraszanie dynamiczne g( ) t t II g( ) widmo natężenie funkcja korelacji światło laseraświatło rozproszone

26

27 Zastosowanie do badań submikrosopowych obiektów biologicznych. Co można zmierzyć: Współczynnik dyfuzji translacyjnej (D T ): makrocząsteczek biologicznych (białka, kwasy nukleinowe), biologicznych układów supramolekularnych (organella komórkowe, pęcherzyki utworzone z błony lipidowej, asocjaty białkowe, mniejsze komórki) G(t) = g (2) (t) = 1 + exp(-2 q 2 D T ). Spektroskopia Korelacji Fotonów (Photon Correlation Spectroscopy - PCS)

28 D T = k B T/(6 R H ) Informacje z pomiaru spektroskopii korelacji fotonów (PCS) Pomiar D T - informacje o rozmiarze i kształcie obiektu rozpraszającego –kula –elipsoida obrotowa –pałeczka –model kulkowy

29 odpychanie kompensacja przyciąganie c DTDT Z zależności D T od stężenia otrzymuje się informacje o sile i naturze oddziaływań między obiektami. Spektroskopia Korelacji Fotonów

30 Kula -najprostszy model hydrodynamiczy D T R H D T = kT/(6πηR H ) Interpretacja np. współczynnika dyfuzji (+) Rozmiar (?) Kształt (?) Upakowanie (?) Hydratacja Interpretacja np. współczynnika dyfuzji (+) Rozmiar (?) Kształt (?) Upakowanie (?) Hydratacja RHRHRHRH

31 V h = (M w /N A )(v 2 + δ 1 v 1 ) v 2 - objętość właściwa cząsteczki, dla białek (cm 3 /g), średnio 0.73 (cm 3 /g) [na podstawie sekwencji] δ 1 - hydratacja, dla białek (g H 2 O/g białka), średnio 0.35(g H 2 O/g białka) [na podstawie sekwencji] v 1 – objętość właściwa wody związanej z makrocząsteczką, v 1 = (cm 3 /g) V h = (M w /N A )(v 2 + δ 1 v 1 ) v 2 - objętość właściwa cząsteczki, dla białek (cm 3 /g), średnio 0.73 (cm 3 /g) [na podstawie sekwencji] δ 1 - hydratacja, dla białek (g H 2 O/g białka), średnio 0.35(g H 2 O/g białka) [na podstawie sekwencji] v 1 – objętość właściwa wody związanej z makrocząsteczką, v 1 = (cm 3 /g) R h = [(3/4π)V h ] 1/3 = [(3/4π)(M w /N A )(v 2 + δ 1 v 1 )] 1/3 R H = R h F V o = (M w /N A )v 2 (objętość suchego białka) V H2O = δ 1 (M w /N A )v 1 (objętość dołączonej wody) V h = V o = V H2O (objętość hydratowanego białka) Kombinacja R H z v 2 i δ 1 v 1

32 Lizozym - model elipsoidy

33 L d Może się zdarzyć, że różne cząsteczki (modele) będą miały taki sam współczynnik dyfuzji. Trudniej (niemożliwe) jest znaleźć dwie różne cząsteczki z dwoma takimi samymi parametrami hydrodynamicznymi (np. współczynnikiem dyfuzji translacyjnej i rotacyjnej)

34 Kombinacje różnych parametrów D T - współczynnik dyfuzji S - współczynnik sedymentacji τ - czas relaksacji rotacyjnej [η] - graniczna liczba lepkościowa M w (masa), R H, R g (rozmiar), υ 1, ρ (objętość właściwa, hydratacja) a/b (kształt) giętkość stopień asocjacji parametry hydrodynamiczneinformacje

35 Kombinacja parametrów D T i D R (lub τ ) S i D T D T i [η] D T i R g p=b/a lub p=L/d + informacje o objętości właściwej i hydratacji

36 Proste modele hydrodynamiczne elipsoida obrotowa wydłużona (p=a/b) elipsoida obrotowa spłaszczona (p=a/b) pałeczka (cylinder) (p=L/d) BPTI aktyna 20mer DNA

37 Modele kulkowe Wymagają informacji o budowie (np. z NMR lub krystalografii) i (F = -fv), i = 1, 2,..., N vivi D T = kT -1 Programy obliczające parametry hydrodynamiczne na podstawie modelu kolkowego: HYDRO: HYDROPRO: HI4 (R. Pastor - u autora)

38 Różne typy modeli kulkowych a) b) c) a) model kula-atom domeny katalitycznej CBD, b) model kulka- aminokwas inhibitora trypsyny, BPTI, c) model dużych podjednostek dla immunoglobuliny IgG3.

39 Model powłokowy Kulka na atom powłokowy model lizozymu (pusty w środku, shell model) pierwotny model lizozymu, model wypełniony (filling model)

40 Kulka na aminokwas

41 Kulka na nukleotyd Jedna kulka na nukleotydDwie kulki na nukleotyd

42 Podsumowanie Informacje najczęściej wykorzystywane w badaniach biologicznych: Współczynnik dyfuzji translacyjnej (D T ), Promień hydrodynamiczny (R h ), Liczba składników w roztworze, Masa cząsteczkowa (dla każdego składnika osobno) w połączeniu z rozpraszaniem statycznym, Procentowy udział poszczególnych składników (w połączeniu z rozpraszaniem statycznym), Zjawiska asocjacji i agregacji, Kinetyka agregacji, Oddziaływania w roztworze, Ładunek efektywny cząsteczek, Mody drgań wewnętrznych dla dużych obiektów (np. długie fragmenty DNA), Kształt dużych obiektów (czynnik kształtu – pomiary kątowe).

43 Koniec Zadania


Pobierz ppt "Rozpraszanie światła. Światło fala elektromagnetyczna o długości z zakresu widzialnego (400-700nm) strumień fotonów."

Podobne prezentacje


Reklamy Google