Lumineszcencia. Lumineszcencia. mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Alapjai, tulajdonságai, mérése. Kellermayer Miklós

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Lumineszcencia. Lumineszcencia. mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Alapjai, tulajdonságai, mérése. Kellermayer Miklós"

Sára Tóthné
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Alapjai, tulajdonságai, mérése Kellermayer Miklós Fotolumineszcencia Radiolumineszcencia Fotolumineszcencia

2 Radiolumineszcencia Aurora borrealis (sarki fény) Biolumineszcencia GFP-egér Biolumineszcencia Szentjánosbogár Szuperrezoluciós mikroszkópia (Nobel-díj 2014) Epifluoreszcencia mikroszkópia (citoszkeletális rendszer) Fluoreszcencia

Gerjesztett állapotból fényemisszióval járó relaxáció A hőmérsékleti sugárzáson felül kibocsátott sugárzás Hideg fény Fluoreszcencia és foszforeszcencia Molekula energiája Spinállapotok

lumineszcencia Vonalas emissziós Növekvő energiájú pályák Fotonemisszió: E=hf magasabb energiájú ( gerjesztett állapotok) Molekula energiállapotai A molekulák vibrációs és rotációs

Vibráció: kovalens kötés mentén történő periodikus mozgás Rotáció: kovalens kötés tengelye körüli periodikus mozgás Born-Oppenheimer - közelítés: E total = E e + E v + E r ~100x ~100x E e

3 Gerjesztett állapotból fényemisszióval járó relaxáció A hőmérsékleti sugárzáson felül kibocsátott sugárzás Hideg fény Fluoreszcencia és foszforeszcencia Molekula energiája Spinállapotok típusai átmenetei paraméterei mérése Polarizáció, anizotrópia Alkalmazások, néhány specialitás Atom fényemissziója A testek a hőmérsékleti sugárzáson felül képesek fényt kibocsátani - lumineszcencia Vonalas emissziós Növekvő energiájú pályák Fotonemisszió: E=hf magasabb energiájú ( gerjesztett állapotok) Molekula energiállapotai A molekulák vibrációs és rotációs mozgásokat végeznek! Vibráció: kovalens kötés mentén történő periodikus mozgás Rotáció: kovalens kötés tengelye körüli periodikus mozgás Born-Oppenheimer - közelítés: E total = E e + E v + E r ~100x ~100x E e > E v > E r Aszimmetrikus nyúlás Szimmetrikus nyúlás Ollózás Példák a vibrációs mozgásra háromatomos (metilén) csoportban (-CH2-): Jabłoński-féle termséma: egy molekula elektronállapotait, és a közöttük végbemenő átmeneteket (nyilakkal) mutatja Elektron energiaszintek (vastag vonalak) Vibrációs energiaszintek (vékony vonalak) Első gerjesztett állapot Alapállapot

Spinállapotok egyszerűsített lépései Wolfgang Pauli (1900-1958) Pauli-elv: Minden kvantumállapotot csak egyetlen elektron tölthet be.

) Abszorpció Gerjesztés (magasabb energiaszintre lépés) Szingulett és triplett állapotok: az eredő spinállapothoz rendelt mágneses momentum orientációinak száma (mágneses térben) = 2S+1 = 1

betöltött alhéj esetén (+1/2)+(-1/2) = 0) S: szingulett állapot: ellentétes spinű párosított elektronok, eredő spin (S) = 0, orientációk száma (2S+1) = 1.

4 Spinállapotok egyszerűsített lépései Wolfgang Pauli ( ) Pauli-elv: Minden kvantumállapotot csak egyetlen elektron tölthet be. Egy atomon belül nem létezhet két olyan elektron, amelynek mind a négy kvantumszáma megegyezik. betöltött alhéj: spin párosítás (ellentétes spinű elektronok párosodnak) (Atomi rendszer!) Abszorpció Gerjesztés (magasabb energiaszintre lépés) Szingulett és triplett állapotok: az eredő spinállapothoz rendelt mágneses momentum orientációinak száma (mágneses térben) = 2S+1 = 1 (szingulett) vagy 3 (triplett). (S = eredő spin, pl. betöltött alhéj esetén (+1/2)+(-1/2) = 0) S: szingulett állapot: ellentétes spinű párosított elektronok, eredő spin (S) = 0, orientációk száma (2S+1) = 1. T: triplett állapot: a molekulában azonos spinállapotú elektronok vannak, eredő spin = 1 (pl. (+1/2)+(+1/2) = 1), orientációk száma (2S+1 = 2+1) = 3. gerjesztett energianívó alap energianívó Emisszió De-excitáció (relaxáció az alapállapotba) Szingulett alapállapot Gerjesztett szingulett állapot Gerjesztett triplett állapot típusai folyamatai Gerjesztés módja szerint abszorpció kémiai reakció típusa fotolumineszcencia kemilumineszcencia, biolumineszcencia Jablonski diagram (termséma) Belső konverzió Vibrációs relaxáció Belső konverzió: sugárzásmentes átmenet elektron energiaállapotok között (pl. S 2 S 1) termikusan aktivált ion-rekombináció töltés injekció nagyenergiájú radioaktív sugárzás súrlódás hanghullámok termolumineszcencia elektrolumineszcencia radiolumineszcencia tribolumineszcencia szonolumineszcencia Energia Intersystem crossing Vibrációs relaxáció: egy adott elektron energiaállapoton belüli de-excitációs folyamat Intersystem crossing : rendszerek közötti, spinátfordulással járó átmenet (pl. S 1 T 1) Gerjesztett állapot szerint típusa első gerjesztett szingulett állapot fluoreszencia legalsó (gerjesztet) triplett állapot foszforeszcencia Gerjesztés Fluoreszcencia Foszforeszcencia

Kasha-szabály Az átmenetek sebessége (időskálája) Fotonemisszió (fluoreszcencia vagy foszforeszcencia) a legalacsonyabb gerjesztett elektron-energiaállapot (S 1, T 1)

S 2 gerjesztés 10-15 s fluoreszcencia 10-9 s foszforeszcencia 10-6 - 10 s S 1 alapállapot gerjesztett állapot relaxáció vibrációs relaxáció 10-12 s Michael Kasha

Fluoreszcencia gerjesztési (emisszió 340 nm-nél) ok Fluoreszcencia emissziós (gerjesztés 295 nm-nél) Foszforeszcencia emissziós (gerjesztés 295 nm-nél) Sávos színkép

Kvantumhatásfok emittált fotonok száma abszorbeált fotonok száma 1 knr=nem sugárzásos átmenetek sebességi állandói Triptofán ai Hullámhossz (nm) Stokes shift George

5 Kasha-szabály Az átmenetek sebessége (időskálája) Fotonemisszió (fluoreszcencia vagy foszforeszcencia) a legalacsonyabb gerjesztett elektron-energiaállapot (S 1, T 1) legalacsonyabb vibrációs szintjéről történő átmenet során lép fel. S 2 gerjesztés s fluoreszcencia 10-9 s foszforeszcencia s S 1 alapállapot gerjesztett állapot relaxáció vibrációs relaxáció s Michael Kasha (1920-) Amerikai fizikus S 0 kioltás vagy energiatranszfer belső konverzió (hő) Intenzitás (norm.) tulajdonságai I. Fluoreszcencia gerjesztési (emisszió 340 nm-nél) ok Fluoreszcencia emissziós (gerjesztés 295 nm-nél) Foszforeszcencia emissziós (gerjesztés 295 nm-nél) Sávos színkép Gerjesztési és emissziós ok tükörszimmetrikusak Φ = tulajdonságai II. Kvantumhatásfok emittált fotonok száma abszorbeált fotonok száma 1 knr=nem sugárzásos átmenetek sebességi állandói Triptofán ai Hullámhossz (nm) Stokes shift George Stokes ( ) Fluoreszcens festékmolekulák: fluorofórok Fluorofórok célzott bekötésével nem fluoreszkáló molekulák is vizsgálhatóvá válnak ( fluoreszcens jelölés ) A gerjesztett állapot élettartama dn dt = ( k f + k nr ) N ( )t N = N 0 e k f +k nr 1 τ = k f + k nr N=gerjesztett állapotú molekulák száma t=idő kf=fluoreszcencia sebességi állandó knr=nem-sugárzásos átmenetek sebességi állandója τ=fluoreszcencia élettartam

A fluoreszcencia mérése A fény elektromágneses hullám polarizálható Fluoreszcencia spektrométer ( Steady-state spektrofluoriméter) Térben tovaterjedő elektromágneses zavar. Tranzverzális hullám.

6 A fluoreszcencia mérése A fény elektromágneses hullám polarizálható Fluoreszcencia spektrométer ( Steady-state spektrofluoriméter) Térben tovaterjedő elektromágneses zavar. Tranzverzális hullám. Ezért polarizálható. Mágneses tér oszcillációja Gerjesztési hullámhossz változtatásával felvett Küvetta (minta) Emissziós hullámhossz változtatásával felvett Gerjesztési Xe-lámpa Gerjesztő monokromátor (λex változtatható) Emissziós Hullámhossz λem= konstans (emissziós maximum) Emissziós monokromátor (λem változtatható) Fotodetektor λex= konstans (gerjesztési maximum) Elektromos tér oszcillációja Tovaterjedés iránya Gerjesztés polarizált fénnyel J z z abszorpciós vektor Vertikálisan síkpolarizált gerjesztő fény Fotoszelekció: random populációból az elektromos vektorral párhuzamos abszorpciós vektorú festékmolekulák kiválasztása x J x J y V polarizációs szűrő Fluorofórokhoz rendelhető abszorpciós és emissziós vektor: megszabja a foton abszorpció és emisszió valószínűségét. Abszorpció maximális, ha az absz. vektor és a fény elektromos térerővektora párhuzamos. Polarizáció: y H J V J H Abszorpció képessége függ cos 2 α-tól (α az absz. vektor és a fény elektromos vektora közötti szög). Anizotrópia: additív mennyiség nevezőben a teljes gerjesztő intenzitás (JVHx=JVHy)

Hasonló dokumentumok

Lumineszcencia. Lumineszcencia. Molekulaszerkezet. Atomszerkezet

Lumineszcencia. Lumineszcencia. Molekulaszerkezet. Atomszerkezet Lumineszcencia Lumineszcencia Alapok, tulajdonságok Molekula energiája Spinállapotok Lumineszcencia típusai Lumineszcencia átmenetei A lumineszcencia paraméterei A lumineszcencia mérése Polarizáció, anizotrópia