MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI



Samankaltaiset tiedostot
MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

ROMUMETALLIA OSTAMASSA (OSA 1)

MAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1)

Ohjeita opettamiseen ja odotettavissa olevat tulokset SIVU 1

Ohjeita opettajille ja odotetut tulokset

The acquisition of science competencies using ICT real time experiments COMBLAB. Kasvihuoneongelma. Valon ja aineen vuorovaikutus. Liian tavallinen!

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Infrapunaspektroskopia

Limsan sokeripitoisuus

Vinkkejä opettajille ja odotetut tulokset SIVU 1

Spektrofotometria ja spektroskopia

Työ 1: ph-indikaattorin tasapainovakion arvon määrittäminen spektrofotometrisesti

Työ 1: ph-indikaattorin tasapainovakion arvon määrittäminen spektrofotometrisesti

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

ASPIRIININ MÄÄRÄN MITTAUS VALOKUVAAMALLA

Fysiikka 8. Aine ja säteily

FOSFORIPITOISUUS PESUAINEESSA

Linssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio):

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka. Kari Sormunen Kevät 2014

2. Fotonit, elektronit ja atomit

MAA (4 OP) JOHDANTO VALOKUVAUKSEEN,FOTOGRAM- METRIAAN JA KAUKOKARTOITUKSEEN Kevät 2006

Valosähköinen ilmiö. Kirkas valkoinen valo. Himmeä valkoinen valo. Kirkas uv-valo. Himmeä uv-valo

FOSFORIPITOISUUS PESUAINEESSA

LÄÄKETEHTAAN UUMENISSA

Aikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

Eksimeerin muodostuminen

Kuva 1. Fotodiodi (vasemmalla) ja tässä työssä käytetty mittauskytkentä (oikealla).

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/7 TIETOTEKNIIKKA / SALO FYSIIKAN LABORATORIO V

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

Online DGA mittausteknologiat. Vaisala

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet. Kari Sormunen Syksy 2014

Infrapunaspektroskopia

Rasvattoman maidon laktoosipitoisuuden määritys entsymaattisesti

Harjoitustehtävien vastaukset

DATALOGGERI DT-171 PIKAKÄYTTÖOHJE V 1.2

Mustan kappaleen säteily

FYSA2031/K2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

c λ n m hf n m E m = h = E n 1. Teoria 1.1. Atomin energiatilat ja säteily

Kvanttisointi Aiheet:

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

Helsingin yliopisto/tampereen yliopisto Henkilötunnus - Biokemian/bioteknologian valintakoe Etunimet Tehtävä 5 Pisteet / 20

Valon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

Luento 8. Lämpökapasiteettimallit Dulong-Petit -laki Einsteinin hilalämpömalli Debyen ääniaaltomalli. Sähkönjohtavuus Druden malli

Liian taipuisa muovi

9500 FOTOMETRIN mittausohjeet

Johdatusta FT-IR spektroskopiaan (Fourier Transform Infrared) Timo Tuomi Eila Hämäläinen. LUMA-koulutus

Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus. Gammasäteilty.

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

LIIAN TAIPUISA MUOVI TAUSTAA

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

Mikroskooppisten kohteiden

Nyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Tehtävänä on tutkia gammasäteilyn vaimenemista ilmassa ja esittää graafisesti siihen liittyvä lainalaisuus (etäisyyslaki).

Kuva 1. Valon polarisoituminen. P = polarisaattori, A = analysaattori (kierrettävä).

Valon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen

Mittausaallonpituuden optimointi

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Valo ja muu sähkömagneettinen säteily

Fysiikan laboratoriotyöt 2, osa 2 ATOMIN SPEKTRI

PULLEAT VAAHTOKARKIT

Atomien rakenteesta. Tapio Hansson

Ohjelmistopäivitysohje

Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus

TAKAVARIKKO TULLISSA

Braggin ehdon mukaan hilatasojen etäisyys (111)-tasoille on

oppilaitos: ARKADIAN YHTEISL YSEO

Mustan kappaleen säteily

24AB. Lasertutkimus ja spektrianalyysi

YO-harjoituskoe A / fysiikka Mallivastaukset 1. a)

25 INTERFEROMETRI 25.1 Johdanto

ALKOHOLIT SEKAISIN KOHDERYHMÄ:

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson

SÄHKÖMAGNEETTINEN SÄTEILY JA SEN VUOROVAIKUTUS MATERIAN KANSSA

LÄMPÖSÄTEILY. 1. Työn tarkoitus. Oulun yliopisto Fysiikan opetuslaboratorio Fysiikan laboratoriotyöt 2

Shrödingerin yhtälön johto

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Virtaukset & Reaktorit

Äänellä vauhtia robottiin

Synkrotronisäteily ja elektronispektroskopia. Tutkimus Oulun yliopistossa

780392A/782631S Fysikaalinen kemia II, 5 op / 4 op

Essee Laserista. Laatija - Pasi Vähämartti. Vuosikurssi - IST4SE

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

1 Tehtävät. 2 Teoria. rauta(ii)ioneiksi ja rauta(ii)ionien hapettaminen kaliumpermanganaattiliuoksella.

Transkriptio:

sivu 1/5 MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI TEORIA Spektroskopia on erittäin yleisesti käytetty analyysimenetelmä laboratorioissa, koska se soveltuu monille yhdisteille, sen avulla voidaan havaita hyvinkin pieniä pitoisuuksia sekä useimmat laitteet ovat varsin helposti saatavilla sekä ne ovat suhteellisen helppokäyttöisiä. Sähkömagneettinen spektri Sähkömagneettinen säteily on aaltoliikettä, jolla on tietty määrä energiaa. Sähkömagneettinen aaltoliike etenee pitkittäisenä aaltona, jonka värähtely tapahtuu poikittain aallon kulkusuuntaan nähden. Aaltoliikettä kuvataan suureilla aallonpituus (λ), joka tarkoittaa yhtä edestakaista värähdystä sekä taajuus (ν), joka tarkoittaa värähdysten lukumäärää aikayksikössä. Sähkömagneettisen säteilyn aallonpituudella ja taajuudella on seuraavanlainen suhde: c missä c on aallon etenemisnopeus eli valonnopeus. Yhtälöstä nähdään, että värähtelyn taajuuden kasvaessa säteilyn aallonpituus pienenee. Sähkömagneettisella säteilyllä on tietty määrä energiaa, joka ei emittoidu tai absorboidu jatkuvana, vaan diskreetteinä energiapaketteina tai kvantteina eli fotoneina. Fotonin energia on hc E h missä h on Planckin vakio. Yhtälöstä voidaan havaita, että säteilyn energia kasvaa, kun sen aallonpituus pienenee tai taajuus kasvaa. Kuvassa 1 on esitettynä sähkömagneettinen spektri. Näkyvän valon alue on vain pieni osa sähkömagneettista spektriä (400 nm 700 nm). Myös eri väreillä on erilainen aallonpituus: violetilla on lyhin ja punaisella pisin aallonpituus.

sivu 2/5 Kuva 1. Sähkömagneettisen säteilyn spektri. Säteilyn absorboituminen Esineet näkyvät värillisinä, koska ne heijastavat tai läpäisevät vain tietyn osan näkyvän valon spektristä. Kun valkoinen valo osuu esimerkiksi liuokseen, osa säteilystä absorboituu liuokseen ja osa heijastuu ja osa kulkeutuu liuoksen läpi. Esimerkiksi, jos valotamme sinistä liuosta valkoisella valolla, liuoksessa olevat molekyylit absorboivat punaista väriä mutta eivät sinistä valoa (ks. taulukko 1 ja kuva 2). Näemme tällöin nk. komplementtivärin. Taulukko 1. valon absorptio ja eri aallonpituuksilla havaittu väri Aallonpituusalue (nm) Absorboituva väri Havaittu väri 380 435 Violetti Kellanvihreä 435 480 Sininen Keltainen 480 490 Vihreänsininen Oranssi 490 500 Sinivihreä Punainen 500 560 Vihreä Purppuran punainen 560 580 Kellanvihreä Violetti 580 595 Keltainen Sininen 595 650 Oranssi Vihreän sininen 650 780 Punainen Sinivihreä

sivu 3/5 Kuva 2. Elintarvikeväriliuosten spektrit. Liuosten värit vasemmalta oikealle: vihreä, punainen, sininen. Näkyvällä aallonpituusalueella molekyyli tai ioni absorboi säteilyä silloin, kun säteily aiheuttaa energiasiirtymiä sen rakenteessa. Tämä tarkoittaa sitä, että säteilyn vaikutuksesta molekyylin elektronit voivat siirtyä korkeammille energiatiloille. Molekyylillä mahdollisia elektronien viritystiloja on suuri määrä, joten spektrissä ei nähdä yksittäisiä piikkejä, vaan spektri ns. leviää. Elektronisten viritystilojen elinaika on hyvin lyhyt ja molekyylit palaavat nopeasti perustilalleen. Viritystilan purkautuminen ei kuitenkaan tapahdu fotonin emittoitumisena, vaan muiden prosessien kautta lämpönä (joka on kuitenkin niin pieni, että sitä ei voida käytännössä havaita). Mikäli viritystila purkautuisi emittoituvana fotonina, kohde näyttäisi värittömältä eikä värilliseltä. Elektronisiirtymät ovat mahdollisia, jos molekyylissä on tietyntyyppisiä sidoksia tai funktionaalisia ryhmiä. Tällaisia ryhmiä kutsutaan kromoforeiksi, jotka siis aiheuttavat yhdisteiden värillisyyden. Spektroskopiset menetelmät perustuvat juuri tällaisten yhdisteiden kykyyn absorboida sähkömagneettista säteilyä. Yhdistettä analysoitaessa aallonpituus valitaan sellaiseksi, että sillä yhdisteen absorbanssi on mahdollisimman suuri. Absorbanssin (A) suuruus riippuu yhdisteen pitoisuudesta liuoksessa Beerin lain mukaisesti: A bc

sivu 4/5 missä ε on nk. molaarinen absorptiokerroin (joka riippuu aallonpituudesta ja yhdisteestä), b on valon kulkema matka kyvetissä ja c on yhdisteen pitoisuus. Yhdisteen absorbanssi on siis suoraan verrannollinen yhdisteen pitoisuuteen. Kun siis pidetään kyvetin valotie ja molaarinen absorptiokerroin vakioina, yhdisteen konsentraatio voidaan määrittää mittaamalla sen absorbanssi ja vertaamalla sitä tunnettujen pitoisuuksien absorbanssiarvoihin. VÄLINEET Vernier Spektrometri, USB-kaapeli, tietokone johon on asennettu Logger Pro tai LoggerLite, kyvetti, pasteurpipettejä, 100 ml:n mittapulloja sekä jäteastia näytteille (esim. 250 ml:n keitinlasi). TUTKITTAVAT NÄYTTEET Liuota 1 tippa tutkittavaa elintarvikeväriä 100 ml:aan ionivaihdettua vettä. Liuosten tulee olla laimeita. TYÖN SUORITUS Spektrometrin kalibrointi Kyvettejä on käsiteltävä varoen, että niihin ei tule naarmuja. Tarkista ennen mittausta, että: - kyvetti on puhdas ja ulkopinta on kuiva. Kyvetin voi kuivata varovasti pehmeällä, nukkaamattomalla pyyhkeellä. - kyvetin valotiessä ei ole sormenjälkiä. Käsittele kyvettiä vain sen yläosasta ja karhealta puolelta. - kyvetissä ei ole ilmakuplia. 1. Kytke spektrometri USB-kaapelilla tietokoneeseen ja käynnistä Logger Pro tai Logger Lite. Valitse File ja New. 2. Aloita kalibrointi valitsemalla Experiment valikosta Calibrate ja Spectrometer: 1. Näytölle ilmestyy teksti: Waiting 60 seconds for lamp to warm up. Kun lämmitys on valmis, ohjelmisto pyytää asettamaan kyvetin telineeseen: Place a blank cuvette in the device. 3. Täytä kyvetti n. ¾ sen tilavuudesta ionivaihdetulla vedellä ja aseta se spektrometrin kyvettitelineeseen. Kyvetti asetetaan siten, että tasaiset pinnat ovat valonlähteen edessä. 4. Lopeta kalibrointi valitsemalla OK. Spektrin mittaus 1. Huuhtele kyvetti pari kertaa näyteliuoksella ja täytä kyvetti n. ¾ sen tilavuudesta näytteellä ja aseta se spektrometrin kyvettitelineeseen. Kyvetti asetetaan siten, että tasaiset pinnat ovat valonlähteen edessä.

sivu 5/5 2. Aloita spektrin mittaaminen painamalla:. Lopeta mittaus painamalla. Tallenna spektri valitsemalla Store latest run Experiment valikosta. Toista mittaus muilla näytteillä. TULOSTEN KÄSITTELY 1. Tutki elintarvikevärien spektrejä. Millä aallonpituudella (väri) absorbanssi on suurin? Entä pienin? LÄHTEET Christian G.D. (1994). Analytical Chemistry. New York: John Wiley & Sons Kalliorinne K., Kankaanpää A., Kivinen A. & Liukkonen S. (1988). Fysikaalinen kemia 1: kvanttikemia ja spektroskopia. Helsinki: Kirjayhtymä Riekkola M-L. & Hyötyläinen T. (2000). Kolonnikromatografia ja kapillaarielektronimigraatiotekniikat. Helsinki: Yliopistopaino Vernier Software & Technology. (2011). Visible Spectra of Commercial Dyes. http://www.vernier.com/spectroscopy/spectrovisplus.html (luettu 28.6.2011) Kuva 1: Taulukot.com http://www.taulukot.com/index.php?search_id=aaltoliike_valo_oppi&lng=fi (luettu 28.6.2010)