A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

Hasonló dokumentumok
A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

Abszorpció, emlékeztetõ

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

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Szerves oldott anyagok molekuláris spektroszkópiájának alapjai

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Lumineszcencia. Lumineszcencia. Molekulaszerkezet. Atomszerkezet

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Lumineszcencia Fényforrások

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Az elektromágneses hullámok

A hőmérsékleti sugárzás

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

Lumineszcencia spektroszkópia

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Abszorpciós fotometria

Hogyan bírhatjuk szóra a molekulákat, avagy mi is az a spektroszkópia?

Optikai spektroszkópiai módszerek

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Lumineszcencia alapjelenségek

Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Modern Biofizikai Kutatási Módszerek

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Tantárgy neve. Környezetfizika. Meghirdetés féléve 6 Kreditpont 2 Összóraszám (elm+gyak) 2+0

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Fluoreszcencia 2. (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

A hőmérsékleti sugárzás

Szilárd testek sugárzása

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Abszorpciós fotometria

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Elektromágneses sugárzások és biológiai rendszerek Ionizáló és nem-ionizáló sugárzások. Dr. Fidy Judit egyetemi tanár 2012 Febr.15

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Abszorpciós fotometria

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

Színképelemzés. Romsics Imre április 11.

Fluoreszcencia spektroszkópia

Abszorpciós fotometria

Fluoreszcencia spektroszkópia

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

1. Az üregsugárzás törvényei

Bevezetés a fluoreszcenciába

AZ ELEKTROMÁGNESES SUGÁRZÁS KETTŐS TERMÉSZETE

A gravitáció hatása a hőmérsékleti sugárzásra

Elektromágneses sugárzások és biológiai rendszerek Ionizáló és nem-ionizáló sugárzások. Sugárzások és biológiai rendszerek

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Sugárzáson, és infravörös sugárzáson alapuló hőmérséklet mérés.

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

Dr. Nagy Balázs Vince D428

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

Lumineszcencia: a fényt kibocsátó rendszer nem a magas hőmérséklet miatt világít!!! Ez az ún. hideg emisszió

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

A légköri sugárzás. Sugárzási törvények, légköri veszteségek, energiaháztartás

Reakciókinetika és katalízis

Elektromágneses sugárzások és biológiai rendszerek Ionizáló és nem-ionizáló sugárzások. Sugárzások és biológiai rendszerek

A fény tulajdonságai

Az ionizáló sugárzások fajtái, forrásai

Mit mond ki a Huygens elv, és miben több ehhez képest a Huygens Fresnel-elv?

Talián Csaba Gábor Biofizikai Intézet április 17.

Abszorpciós spektroszkópia

Az elektromágneses sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

A lézer alapjairól (az iskolában)

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Világítástechnika I Fekete test vázlata. Hőmérsékleti sugárzás Üreg-, fekete-, vagy Planck-sugárzó Rayleigh, Wien, Planck (1900) formula

Fényforrások folytatás

Művelettan 3 fejezete

OPTIKA. Vozáry Eszter November

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Építészmérnöki Kar. Világítástechnika. Mesterséges világítás. Szabó Gergely

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Szentjánosbogár, trópusi halak, sarki fény Mi a közös a természet fénytüneményeiben?

Hőmérsékleti sugárzás

Optika Gröller BMF Kandó MTI

A Planck-eloszlásokról és a fényforrások ekvivalens színhőmérséklet -eiről Erbeszkorn Lajos

Modern fizika vegyes tesztek

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei. Konzultáció: minden hétfőn 15 órakor. 1. Fizikai történések

2.ea Fényforrások. Nagynyomású kisülő lámpák OMKTI

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

Szilárdtestek sávelmélete. Sávelmélet a szabadelektron-modell alapján

Sugárzásos hőtranszport

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Infravörös, spektroszkópia

1. mérés: Benzolszármazékok UV spektrofotometriás vizsgálata

jelszó: geta5

Az áramlási citométer és sejtszorter felépítése és működése, diagnosztikai alkalmazásai

Orvosi biofizika II. Orvosi Biofizika II. Az X-sugár. Röntgen- sugárzás Előállítás, tulajdonságok

Abszorpciós spektrumvonalak alakja. Vonalak eredete (ld. előző óra)

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.


Átírás:

A fény keletkezése Hőmérsékleti sugárzás Hőmérsékleti sugárzás Lumineszcencia Lézer Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás Környezetének hőfokától függetlenül minden test minden, abszolút nulla foktól különböző hőmérsékleten elektromágneses sugárzást bocsát ki. látható fényt bocsátanak ki Forrása: rezgő töltés oszcillátor

A rezgési energia kvantált természetű, csak meghatározott értékkel változhat. E= hf f: az oszcillátor frekvenciája h: Planck-állandó Planck (1900) A rezgési energia változása elektromágneses sugárzás elnyelésével illetve kibocsátásával jár. Kirchhoff megfigyelése: testre jellemző abszorpciós tényező α = E E absz össz hullámhosszról hullámhosszra változhat Abszolút fekete test: minden rá eső energiát elnyel α = 1 Kirchhoff megfigyelése: ha egy test erősebben sugároz, akkor jobban el is nyel : kisugárzott felületi teljesítmény [W/m 2 ] α λj = 1 λi λj α = α λi λj α λi < 1 i: tetszőleges test j: abszolút fekete test α 1 < 1 λ ( fekete) = < λ j α λj λ ( fekete) Az abszolút fekete test kisugárzott felületi teljesítménye a legnagyobb i < λ ( fekete) Az emberi test kb. 95%-os fekete testnek tekinthető Az abszolút fekete test által kisugárzott felületi teljesítmény a legnagyobb

A hőmérsékleti sugárzás emissziós spektruma Stefan Boltzmann törvény - a spektrum folytonos - egy maximuma van : λ max -a gőrbe alatti terület: Δ Δλ σ = 4 fekete( T ) = σt Stefan Boltzmann -állandó 8 W 5.7 10 [ ] 2 4 m K Δ Δλ = σt Összes kisugárzott felületi teljesítmény 4 λ max λ λ max A hőmérsékleti sugárzás szerepe a hőleadásban Δ 4 4 = σ ( T test T környezet ) Befolyásolja a sugárzó test -hőmérséklete -felszínének területe -a környezet/a környező tárgyak hőmérséklete A szervezet hőszabályozástól független hőtermelése: alapanyagcsere izommunka szekréció stb Hőtermelés + hőfelvétel = hőleadás Csak a hőszabályozás érdekében termelt + hő Betekintés a hőszabályozásba Sugárzás Vezetés Áramlás Nem szabályozható Sugárzás Vezetés Áramlás Párolgás

Betekintés a hőszabályozásba Hőtermelés + hőfelvétel = hőleadás aghőmérséklet köpenyhőmérséklet aghőmérséklet : 37 o C agy, szív/mellkas, hasüreg Sugárzás Vezetés Áramlás Párolgás 100W elhanyagolható 10W 10W Köpenyhőmérséklet: változó bőr, bőr alatti kötőszövet, végtagok Külső hőmérséklet ilyen kihívások lehetnek a szabályozás számára? 1/ A környezeti hőmérséklet az optimálisnál alacsonyabb 2/ A környezeti hőmérséklet az optimálisnál magasabb energiafelhasználás hőtermelés Az ember komfortzónája optimális : komfort hőmérsékleti zóna nincs szükség extra energiára sem a testhőmérséklet emeléséhez, sem csökkentéséhez 20-24 28-30 t környezeti ( o C) komfortzóna ruhában mezítelen komfortzóna

Az emissziós spektrum változása a test hőmérsékletével T > 1 > T2 > T3 > T4 T5 Δ Δλ Wien-féle eltolódási törvény T λ max = k Δ UV VIS infravörös Δλ λ > 1 > 2 > 3 > 4 5 max 1 < λmax2 < λmax3 < T λ max = állandó... 6 k = 2.898 10 [ nm K] T köpeny λ max 305 [K] 9500[ nm] λ [nm] 700 K testhőmérséklet alatt a sugárzás nem látható Alkalmazások 1. Hőmérsékleti sugárzás detektálása teletermográfia - infradiagnosztika A köpeny hőtérképe daganatok, gyulladások, érszűkületek diagnosztikája Wien-féle eltolódás alapján az emberi test spektrumának maximuma. Normal és infrakamerával készült felvételek Emberi hőtérképek készítésében alkalmazott készülékek érzékenységi maximuma: 7-14 microméter

A termográfia alkalmazásának szakterületei: sportegészségügy reumatológia emlőrák diagnosztika fogászat neurológia Nem orvosi célú felhasználási területek Szigeteléstechnika Élelmiszeripar Csillagászat 300 K Alkalmazások 6,000 K 2. Hőmérsekleti sugárzó fényforrások T (K) λ max (μm) Spektrumtartomány (W/m 2 ) Nap 6000 0.5 VIS 7 x 10 7 Föld 300 10 infravörös 460

Seasonal Affective Disorder (S.A.D.) kezelése 5000 K hőmérsékleti sugárzó fényforrás (λ max = 580 nm) UV szűrővel (Nap: kb 6000 K, λ max = 480 nm) A megvilágítás erőssége: max. 5-10 ezer lux (normál munkahelyi világítás kb 50-100 lux, tűző napsütés kb 10 5 lux) Kezelési idő: 10 15 perc / nap Photothermal detection of dental caries Kapcsolódó fejezetek: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika II. 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.6

Fényemisszió formái Hőmérsékleti (feketetest) sugárzás Lumineszcencia Lézer Lumineszcencia Ismétlés Az atomban az elektronok energiaállapotai kvantáltak A lehetséges legalacsonyabb energiájú állapotot töltik be Pauli féle tilalmi elv

Tekintsünk egy atomot Gerjesztés sokféleképpen lehetséges Gerjesztő energiahν E 1 E 1 E 0 E 0 -(fény) foton elnyelése: fotolumineszcencia -kémiai reakció energiája: kemo/bio-lumineszcencia -ütközés elektromos térrel gyorsított töltésekkel: Alapállapot Energiafelvétel Gerjesztett állapot elektrolumineszcencia -mechanikai deformáció: tribolumineszcencia -hőközlés: termolumineszcencia E 1 E 0 E 1 külső héjon lévő elektron gerjesztése Lumineszcencia: spontán fényemisszió gerjesztett elektron energiájának a rovására E 0 elektron visszatérése alapállapotba Spontán, külső hatás nélkül Lépései: külső héjon lévő elektron gerjesztése E 1 elektron spontán visszatérése alapállapotba E 0 fényemisszió hf=e 1 -E 0

Tekintsük az atomok sokaságát kölcsönhatásban egymással és a környezetükkel S 1 Kasha-szabály: S 1 gerjesztés sugárzás nélküli energialeadás fényemisszió gerjesztés S 0 a fényemisszió a legalsó gerjesztett elektronállapot legalsó rezgési nívójáról történik S 0 Egerjesztés Efluoreszcencia Szingulett állapot Párosított spinű elektronok Fluoreszcencia Fényemiszió spinváltozás nélkül Fluoreszcencia Fényemiszió spinváltozás nélkül λgerjesztés λfluoreszcencia Stokes-eltolódás Emittált foton energiájának jellemzése sugárzás nélküli energialeadás S 1 gerjesztés spinátfordulás fényemisszió fényemisszió T 1 S 1 spinátfordulás T 1 gerjesztés fényemisszió fényemisszió S 0 Foszforeszcencia Fényemiszió spinváltozás után Triplett állapot Párosítatlan spinű elektronok etastabil állapot S 0 Stokes-eltolódás Fluoreszcencia Foszforeszcencia Egerjesztés Efluoreszcencia > Efoszforeszcencia λgerjesztés λfluoreszcencia < λfoszforeszcencia

Emisszió jellemzése Emittált intenzítás hullámhossz szerinti eloszlása Emissziós spektrum Atomok esetében: vonalas spektrum dj/dλ ennyi? Emittált intenzítás hullámhossz szerinti eloszlása Emissziós spektrum olekulák esetében: sávos spektrum ΔJ/Δλ abszorpció fluoreszcencia lgj 0 /J foszforeszcencia i? hullámhossz (nm) hullámhossz (nm) λgerjesztés λfluoreszcencia < λfoszforeszcencia Stokes-eltolódás Pl.: A triptofán megfelelő spektrumai Gerjesztett állapot időtartamának jellemzése Fluoreszcencia gerjesztési spektrum Fluoreszcencia λ em =340 nm emissziós spektrum λ gerj =295 nm rel.δj/δλ hullámhossz (nm) Foszforeszcencia emissziós spektrum λ gerj =295 nm Időkorrelált egyfoton-számlálás A fluoreszcencia intenzitásának folyamatos mérése helyett a gerjesztő és a detektált impulzus közötti időt mérjük, nagyon sok mérés statisztikája adja a fluoreszcencia lecsengési görbét.

Gerjesztett állapot időtartamának jellemzése Gerjesztett elektronok száma N = N 0 e τ t - Exponenciális lecsengés Élettartam az az idő, ami alatt a gerjesztett elektronok száma a gerjesztés megszűnése után e-ed részére csökken N N o τ: Élettartam gerjesztés S 1 T 1 fényemisszió fényemisszió N o /e N o /2 az az idő, ami alatt a gerjesztett elektronok száma a gerjesztés megszűnése után e-ed részére csökken S 0 Fluoreszcencia Foszforeszcencia 0 0 T τ t rövid hosszú 10-9 10-7 s 10-3 10 2 s inden gerjesztést fényemisszió követ? Környezetükkel kölcsönhatásban levő molekulák (oldatban, sejtekben, szövetekben) elektronjai igen ritkán adják le fotonemisszióval a gerjesztéskor felvett energiájukat. Sokkal valószínűbb, hogy az energialeadás sugárzás nélkül, vagyis hő keltésével vagy kémiai reakciók útján történik. inden gerjesztést fényemisszió követ? Kvantumhatásfok az egy B keletkezéséhez szükséges elnyelt fotonok számának a reciproka Fluoreszcencia kvantumhatásfoka (Q F ) A A fluoreszcencia során emittált és elnyelt fotonok hányadosa. Q F 1 hν B

A lumineszcencia fajtái fluoreszcencia foszforeszcencia Jellemzésük emissziós spektrum élettartam kvantumhatásfok típusa maximumának helye alakja amplitúdója A lumineszcencia alkalmazási területei fényforrások (világítás, sterilizálás, szolárium, terápiás alkalmazások, stb.) koncentráció meghatározása (pl. lángfotométer) lumineszcencia spektroszkópia lumineszcencia mikroszkópia diagnosztika dózismérés (lásd majd dozimetria) régészeti kormeghatározás belső építészet biztonságtechnika Fényforrások Fémgőz lámpák Kisnyomású Hg-gőz lámpa DNS elnyelési maximuma Kisnyomású Na-gőz lámpa emissziós spektruma Nagynyomású Na-gőz lámpa emissziós spektruma hullámhossz (nm) emissziós spektruma Sterilizálás germicid lámpa

Példák a fogorvosi alkalmazásra Az orvosi diagnosztikában, és kutatómunkában elterjedten használnak lumineszcencia módszereket Intrinzik fluoreszcencia v. fluoreszcens jelzés Piros fluoreszcencia a tömés peremén jelzi a tökéletlen illeszkedést és a megtelepedő baktériumokat Amalgám tömés elégtelen illeszkedése Kékfény gerjesztés Tejfogak felszíne natív állapotban és fluroeszcens festés után Lumineszcencia mikroszkópi Egészséges és malignus szövetek eltérő fluoreszcens tulajdonságai Aktív caries Laboratóriumi alkalmazás számos területe Fog felszíne natív állapotban és fluroeszcens festés után Kezdődő caries

Sok egyéb... Kapcsolódó fejezetek: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika II. 2.2 VI.3.3 2.2.4 2.2.6 3.3.1 3.3.2 ből 411-413 oldal 3.3.3