Bài giảng Lý sinh: Phần 2 - Trường ĐH Võ Trường Toản

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tập bài giảng Lý sinh gồm 4 chương sau, tiếp tục cung cấp cho sinh viên những nội dung về: quang sinh học; y học phóng xạ và hạt nhân; bức xạ rơnghen (tia x) và ứng dụng; phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Lý sinh: Phần 2 - Trường ĐH Võ Trường Toản Chương 16 QUANG SINH HỌC 16.1. CƠ CHẾ HẤP THỤ ÁNH SÁNG VÀ PHÁT SÁNG 16.1.1. Định luật hấp thụ ánh sáng Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc, song song tới đập vuông góc vào một lớp môi trường giới hạn bởi hai mặt phẳng song song, có bề dày l (Hình 16.1) Gọi cường độ chùm sáng chiếu tới mặt trước là I0, phần ánh sáng bị phản xạ khi đi tới Hình 16.1 mặt phân cách giữa hai môi trường là If, phần ánh sáng bị tán xạ trong môi trường Ix, phần ánh sáng bị các phân tử hấp thụ là Ih, phần còn lại truyền qua khối môi trường là It. Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có: I0 = If + Ix + Ih + It (16.1) Giả sử mặt ngăn cách của môi trường rất nhẵn, phẳng và các tia sáng tới đập vuông góc với mặt nên xem như phần ánh sáng phản xạ If không đáng kể. Môi trường trong suốt va đồng nhất thì ánh sáng bị tán xạ cũng có thể bỏ qua. Như vậy chỉ còn: I0 = Ih + It (16.2) Để xác định trực tiếp phần năng lượng ánh sáng bị phân tử môi trường hấp thụ thì rất khó, tuy vậy có thể xác định Ih gián tiếp qua việc đo I0 và It. Định luật Bugơ - Lambe - Bia (Bouguer - Lambert - Bear) cho ta mối liên quan giữa I0 và It. Giả sử ta xét một lớp môi trường có bề dày dx, cách mặt trước của môi trường là x. Gọi i là cường độ chùm sáng khi đi tới mặt dx, (i-di) là cường độ chùm sáng khi đi ra khỏi lớp dx. Như vậy, khi đi qua lớp đơn xin, cường độ chùm sáng đã giảm đi một lượng là - di. Độ giảm -di của cường độ chùm sáng tỷ lệ với i và độ dày dx, ta có: - di ~ i, dx Vậy: - di = k.i.dx (16.3) 189 Trong đó k là một hệ số tỉ lệ, gọi là hệ số hấp thụ của môi trường, k phụ thuộc vào bản chất, mật độ môi trường, vào bước sóng ánh sáng. Giải phương trình vi phân (16.3): It = I0.e-kl (16.4) Biểu thức (4) chính là biểu thức toán học của định luật Bugơ - Lambe. Khi chuyển từ cơ số tự nhiên (e) sang cơ số thập phân (10) thì biểu thức (4) trở thành: It = I0.10-k'l (16.5) Trong đó k' gọi là hệ số tắt, k' = 0.43k. Ix 1 1 Nếu = thì k' = , vậy hệ số tắt có giá trị bằng nghịch đảo bề dày mà với I0 10 x nó cường độ ánh sáng yếu đi 10 lần. Trong trường hợp môi trường hấp thụ ánh sáng là dung dịch loãng nồng độ bằng C, ta thấy hệ số tắt k' tỷ lệ thuận với C. k' = ε .C (16.6) ε là hệ số tắt của dung dịch. Hệ số ε không phụ thuộc vào nồng độ, chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất tan, vào bước sóng ( λ ) của ánh sáng chiếu vào dung dịch. Phối hợp các biểu thức (16.5) và (16.6) ta được phương trình biểu diễn định luật cơ bản của sự hấp thụ ánh sáng, định luật Bugơ- Lambe- Bia: It = I0.10 −ε .C .l (16.7) Định luật này chứng tỏ hệ số hấp thụ của một chất tỷ lệ thuận với khối lượng lớp môi trường mà ánh sáng đi qua, tức là tỷ lệ thuận với số phân tử chất hấp thụ trên một đơn vị độ dài của đường truyền sáng. Ý nghĩa vật lý của định luật là khả năng hấp thụ ánh sáng của một phân tử nào đó không phụ thuộc vào sự có mặt cảu các phân tử khác ở xung quanh nó. Rõ ràng điều này chỉ đúng với các dung dịch loãng. Khi nồng độ dung dịch tăng, khoảng cách giữa các phân tử giảm, tương tác giữa các phân tử không đáng kể, ta thấy có nhiều sai khác so với định luật Bugơ - Lambe - Bia. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp ε không chỉ phụ thuộc vào chất tan mà còn phụ thuộc vào dung môi. Điều này chứng tỏ sự tương tác giữa các phân tử chất tan và các phân tử dung môi cũng ảnh hưởng đến sự hấp thụ dung dịch. Vậy điều kiện để áp dụng định luật hấp thụ ánh sáng là: 190 - Chùm sáng phải đơn sắc. - Dung dịch đo phải loãng (nằm trong khoảng nồng độ thich hợp). - Dung dịch phải trong suốt (trừ chuẩn độ đo quang). - Chất thử phải bền trong dung dịch và bền dưới tác dụng của ánh sáng UV-VIS. * Một số đại lượng thông dụng - Độ truyền qua (T-Transmittance) Độ truyền qua (hay còn gọi là độ thấu quang) đặc trưng cho độ trong suốt (về mặt quang học) của dung dịch, được định nghĩa: It T= =10-ε.C.l (16.8) I0 Thường T tính ra phần trăm (%). Một chất cho T=1 (hay 100%), nghĩa là hoàn toàn không hấp thụ ánh sáng, người ta nói chất đó trong suốt hoàn toàn. - Độ hấp thụ Độ hấp thụ (hay còn gọi là mật độ quang D - Density, hoặc độ tắt E - Extinction) được định nghĩa: 1 A(D,E) = lg = ε .C.l (16.9) T Đối với một chất xác định (có ε xác định), thường đo trên một loại cốc đo (có bề dày thông thường l =1 cm) như vậy độ hấp thụ tỷ lệ thuận với nồng độ dung dịch: A = K.C (K= ε .l) (16.10) Đây chính là cơ sở lý thuyết của phương pháp định lượng bằng quang phổ hấp thụ. - Hệ số hấp thụ phần trăm (E 1cm ) 1% Theo công thức A = ε .C.l, nếu l = 1cm, C=1% thì A = ε = E 1cm ( thường viết tắt là E11) 1% Vậy E11 chính là độ hấp thụ của dung dịch có nồng độ 1%, dùng cốc đo có bề dày 1 cm. Với một chất tan xác định, tại một λ xác định, E11 là một hằng số. - Hệ số hấp thụ phân tử ( ε μ ) Hệ số hấp thụ phân tử, hay còn gọi là hệ số tắt mol, là độ hấp thụ của dung dịch có nồng độ 1 M/l, dùng cốc đo có đọ dày 1cm. 191 Cũng như E11, với một chất xác định, trong những điều kiện đo xác định ( λ , dung môi, nhiệt độ ....), ε μ là một hằng số. Giữa E11 và ε μ có mối liên hệ: E1 ...