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Espalhamento de Luz Estático. Fábio Herbst Florenzano. Interação da luz com a matéria. Absorção Reflexão Refração Difração Espalhamento. Tipos de Espalhamento. Rayleigh – mais usado para polímeros Mie – partículas maiores e absorvedoras Raman – análise da estrutura química
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Espalhamento de Luz Estático Fábio Herbst Florenzano
Interação da luz com a matéria • Absorção • Reflexão • Refração • Difração • Espalhamento
Tipos de Espalhamento • Rayleigh – mais usado para polímeros • Mie – partículas maiores e absorvedoras • Raman – análise da estrutura química • Múltiplo – ocorre em fluidos com muitas partículas como no leite • Outros
Espalhamento Rayleigh • Ocorre com partículas pequenas (de dimensões próximas ao comprimento de onda da luz) • É um espalhamento estático, pois a variação temporal não é importante e é também elástico, porque a luz espalhada apresenta a mesma energia da incidente (não há mudança no comprimento de onda) • Permite determinar a massa molar ponderal (Mw), o segundo coeficiente virial e o raio de giração das partículas (se este for maior que λ/20)
Espalhamento de Luz Estático no Regime de Rayleigh • A luz interage com a matéria (nuvem eletrônica) causando flutuações que emitem luz em várias direções diferentes, no mesmo comprimento de onda. • O Espalhamento de Luz é a explicação para as cores do céu e do Sol (radiação que chega aos nossos olhos). Isso porque o Espalhamento é inversamente proporcional a λ4.
Equação de Espalhamento para partícula isolada – Luz Polarizada • ie=intens. luz espalhada • I0=luz incidente • v=frequência • α =polarizibilidade • Φ=ângulo • ε =permissividade elétrica do meio • c= velocidade da luz • r=distância do centro espalhador
Espalhamento de Soluções • Materiais transparentes espalham pouca luz (vidro, por exemplo). • Na verdade pouca luz espalhada chega aos nossos olhos por conta da interferência destrutiva total causada pelo espalhamento de centros separados por distâncias fixas • Em soluções, as inomogeneidades causadas por flutuações levam a um espalhamento maior ou menor, dependendo da compressibilidade do líquido
Espalhamento de soluções • Quando solutos estão presentes, eles são centros espalhadores que, devido às variações locais, aumentam a intensidade da luz espalhada • As variações na concentração local de soluto seguem as leis da osmose
Espalhamento em soluções • Nesta equação foram adicionados centros múltiplos de espalhamento e a polarizibilidade foi substituída pelo índice de refração e índice de refração específico (dn/dc). (Compare com a equação no slide 6) • Além disso as flutuações foram tratadas com o formalismo da osmose (que já vimos!)
Combinando as equações da osmose e do espalhamento • Para “descomplicar” algumas combinações podem ser feitas, por exemplo, a razão de Rayleigh(R) e a constante óptica (K) • Dessa forma chegamos à equação clássica do espalhamento estático para partículas pequenas (r<l/20)
Variáveis e constantes necessárias • n= índice de refração do solvente • λ= comprimento de onda luz • dn/dc= variação do índice de refração da solução com a concentração • c= concentração • i´amostra= espalhamento líquido da amostra • i´solvente= espalhamento líquido do solvente • i´tolueno=espalhamento líquido do tolueno • Rtolueno= razão de Rayleigh do tolueno
Equação de Rayleigh • Nesse regime (d<λ/20) não há dependência angular, bastando então a medida da luz espalhada em várias concentrações para se obter Mw e A2. • Não há necessidade do uso de padrões de massa molar (medida absoluta) apenas do espalhamento do tolueno, que tem a sua razão de Rayleigh tabelada
Dependência Angular • Quando as partículas apresentam diâmetro maior que λ/20 (aproximadamente), começa a ser significativa a interferência entre a luz espalhada por vários segmentos dentro da própria partícula.
Espalhamento de Luz - Técnica • Filtração das amostras • Qualidade óptica • Minimização das leituras • Medida propriamente dita • Solvente, tolueno, amostras em diversas concentrações • Todas as medidas anteriores são feitas em diferentes ângulos (7 a 18, em geral) • Possibilidade de uso em fluxo.
Espalhamento de Luz • Vantagens • não-destrutiva • Absoluta • Extensa faixa de Mw (~5000 a alguns milhões) • desvantagens • Necessidade de filtração • Ensaio demorado (na sua preparação) • Limitações • Amostra não pode absorver no comprimento de onda do laser • As equações valem para o regime diluído e até Rg próximos de λ.
