Spektroskopia emisyjna. Fluorescencja i Fosforescencja

Podobne dokumenty
Spektroskopia emisyjna. Fluorescencja i Fosforescencja

Spektroskopia emisyjna. Fluorescencja i Fosforescencja

rodzaje luminescencji (czym wywołana?)

Widmo promieniowania

PRACOWNIA CHEMII. Wygaszanie fluorescencji (Fiz4)

Emisja spontaniczna i wymuszona

Przejścia promieniste

w13 54 Źródła światła Żarówka Żarówka halogenowa Świetlówka Lampa rtęciowa wysokoprężna Lampa sodowa wysokoprężna Lampa sodowa niskoprężna LED

ĆWICZENIE 3 LUMINOFORY ORGANICZNE I NIEORGANICZNE.

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

SPEKTROSKOPIA MOLEKULARNA 2015/16 nazwa przedmiotu SYLABUS A. Informacje ogólne

Instrukcje opracowane przez: dr inż. Urszulę Kucharską dr hab. inż. Joannę Leszczyńską

ĆWICZENIE 3 LUMINOFORY ORAZ ZJAWISKA WYGASZANIA LUMINESCENCJI

POLICJA KUJAWSKO-POMORSKA WYBRANE ZJAWISKA OPTYKI W BADANIACH KRYMINALISTYCZNYCH

Własności optyczne materii. Jak zachowuje się światło w zetknięciu z materią?

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie z właściwościami optycznymi tkanek i wybranych chromoforów.

Stałe : h=6, Js h= 4, eVs 1eV= J nie zależy

Mikroskopia konfokalna: techniki obrazowania i komputerowa analiza danych.

Zakresy promieniowania. Światło o widzialne. długość fali, λ. podczerwień. ultrafiolet. Wektor pola elektrycznego. Wektor pola magnetycznego TV AM/FM

Jan Drzymała ANALIZA INSTRUMENTALNA SPEKTROSKOPIA W ŚWIETLE WIDZIALNYM I PODCZERWONYM

Metody optyczne w medycynie

Promieniowanie cieplne ciał.

PRACOWNIA PODSTAW BIOFIZYKI

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Techniki analityczne. Podział technik analitycznych. Metody spektroskopowe. Spektroskopia elektronowa

WYZNACZANIE ODLEGŁOŚCI KRYTYCZNEJ POMIĘDZY CZĄSTECZKAMI DONORA I AKCEPTORA W PROCESIE REZONANSOWEGO PRZENIESIENIA ENERGII (FRET)

Źródła światła. W lampach płomieniowych i jarzeniowych źródłem promieniowania jest wzbudzony gaz. Widmo lamp jarzeniowych nie jest ciągłe!

Badanie procesów zwijania i agregacji GFP i jego mutantów. Monika Olasek, Zakład Biofizyki IFD UW

X + hv X* X + ciepło + hv. Ze względu na czynnik, który wywołuje to promieniowanie, luminescencję dzielimy na:

Mikroskopia fluorescencyjna

III.1 Atom helu i zakaz Pauliego. Atomy wieloelektronowe. Układ okresowy

METODY SPEKTROSKOPOWE II. UV-VIS od teorii do praktyki Jakub Grynda Katedra Technologii Leków i Biochemii

Białe jest piękne. Światło białe wytwarzane przez same diody LED.

Pracownia Spektroskopii Molekularnej A Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. Semestr zimowy 2010/2011. Widma fluorescencyjne chininy

JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

II. WYBRANE LASERY. BERNARD ZIĘTEK IF UMK /~bezet

dr inż. Beata Brożek-Pluska SERS La boratorium La serowej

Ćw. 11 wersja testowa Wyznaczanie odległości krytycznej R 0 rezonansowego przeniesienia energii (FRET)

Spektroskop, rurki Plückera, cewka Ruhmkorffa, aparat fotogtaficzny, źródło prądu

Repeta z wykładu nr 11. Detekcja światła. Fluorescencja. Eksperyment optyczny. Sebastian Maćkowski

ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI

SF5. Spektroskopia absorpcyjna i emisyjna cząsteczek organicznych

Idea przyłączenie chromoforu (fluoryzującego) do biomolekuły

Nanotechnologie w diagnostyce

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Wykład 5 Widmo rotacyjne dwuatomowego rotatora sztywnego

EKSTRAHOWANIE KWASÓW NUKLEINOWYCH JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

BARWY W CHEMII Dr Emilia Obijalska Katedra Chemii Organicznej i Stosowanej UŁ

SPEKTROMETRIA CIEKŁOSCYNTYLACYJNA

PRACOWNIA PODSTAW BIOFIZYKI

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

Reguły barwności cząsteczek chemicznych

POLITECHNIKA GDAŃSKA

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

6. Emisja światła, diody LED i lasery polprzewodnikowe

MIKROSKOP FLUORESCENCYJNY. POMIAR WYDAJNOŚCI KWANTOWEJ FLUORESCENCJI ANTRACENU, PERYLENU ORAZ 9,10-DIFENYLOANTRACENU W ROZTWORZE

GaSb, GaAs, GaP. Joanna Mieczkowska Semestr VII

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Kierunek: Elektrotechnika wersja z dn Promieniowanie optyczne Laboratorium

Rozświetlone laboratorium. mgr inż. Aleksandra Korbut dr inż. Ewelina Ortyl dr inż. Sonia Zielińska Jerzy Dąbrowski

Zastosowanie spektroskopii UV/VIS do określania struktury związków organicznych

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

ĆWICZENIE 2 WYZNACZANIE WYDAJNOŚCI KWANTOWYCH ORAZ CZASÓW ZANIKU LUMINESCENCJI ZWIĄZKÓW W ROZTWORZE ORAZ CIELE STAŁYM, CZ. II.

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

BARWY W CHEMII Dr Emilia Obijalska Katedra Chemii Organicznej i Stosowanej UŁ

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Struktura pasmowa ciał stałych

L E D light emitting diode

WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab.

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

Promieniowanie rentgenowskie. Podstawowe pojęcia krystalograficzne

SPRAWDZIAN NR 1. wodoru. Strzałki przedstawiają przejścia pomiędzy poziomami. Każde z tych przejść powoduje emisję fotonu.

Fizykochemiczne metody w kryminalistyce. Wykład 7

Spektroskopia molekularna. Spektroskopia w podczerwieni

Spektrometria w bliskiej podczerwieni - zastosowanie w cukrownictwie. Radosław Gruska Politechnika Łódzka Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Rozmycie pasma spektralnego

Wprowadzenie do technologii HDR

WYBRANE TECHNIKI SPEKTROSKOPII LASEROWEJ ROZDZIELCZEJ W CZASIE prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

WYZNACZENIE STAŁEJ PLANCKA NA PODSTAWIE CHARAKTERYSTYKI DIODY ELEKTROLUMINESCENCYJNEJ

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Lekcja 81. Temat: Widma fal.

Spektroskopia molekularna. Ćwiczenie nr 1. Widma absorpcyjne błękitu tymolowego

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Elektryczne własności ciał stałych

Fale elektromagnetyczne to zaburzenia pola elektrycznego i magnetycznego.

PRODUKTY CHEMICZNE Ćwiczenie nr 3 Oznaczanie zawartości oksygenatów w paliwach metodą FTIR

Własności optyczne półprzewodników

Cząsteczki i światło. Jacek Waluk. Instytut Chemii Fizycznej PAN Kasprzaka 44/52, Warszawa

Techniczne podstawy promienników

Zastosowanie diod elektroluminescencyjnych w pojazdach samochodowych

Spektroskopia. mössbauerowska

Transkrypt:

Spektroskopia emisyjna Fluorescencja i Fosforescencja

Reguły wyboru przejścia między termami cząsteczkowymi =0, 1 S=0 g u g g u u + + - - + -

Reguła Francka-Condona Najbardziej prawdopodobne są przejścia do takich stanów oscylacyjnych wyższego stanu elektronowego, dla których cząsteczka ma taką geometrię, jak w stanie równowagi dla podstawowego stanu elektronowego. =6 =5 lub =2 =20 lub =18 =0

Losy stanów wzbudzonych elektronowo Proces w wyniku którego cząsteczka oddaje energię wzbudzenia w postaci fotonu nazywany jest zanikiem promienistym Częściej jednak zachodzi proces zwany zanikiem bezpromienistym: (zamiana energii wzbudzenia w energię ruchów termicznych otoczenia czyli ciepło)

Rozpraszanie energii wygaszanie emisji Wygaszanie bezpromieniste w formie wzbudzenia drgań, wzrostu temperatury, kontaktu z rozpuszczalnikiem. Taki proces obecny jest zawsze. Gaszenie wewnętrzne - zmiany strukturalne wewnątrzcząsteczkowe Gaszenie zewnętrzne - oddziaływanie cząsteczki w stanie wzbudzonym z inną cząsteczką lub absorpcja zarówno promieniowania wzbudzającego jak i emitowanego przez inne chromofory obecne w próbce.

Zanik promienisty Fluorescencja Fosforescencja E Diagram poziomów energetycznych E Diagram poziomów energetycznych

Fluorescencja Fluorescencja emisja promieniowania przez naświetlaną substancję, która jest związana z powrotem cząsteczek do stanu podstawowego o tej samej multipletowości spinowej co stan wzbudzony Oba stany są na ogół singletowe Promieniowanie emitowane spontanicznie w procesie fluorescencji zanika natychmiast po wyłączeniu promieniowania wzbudzającego

Fluorescencja - opis zjawiska Geometria cząsteczki nie ulega zmianie w trakcie emisji więc może zostać obsadzony jeden z wyższych poziomów oscylacyjnych podstawowego stanu elektronowego Pasmo fluorescencji wskazuje strukturę oscylacyjną odzwierciedlającą odległości poziomów oscylacyjnych podstawowego stanu elektronowego. Jest ono na ogół przesunięte w kierunku niższych częstości. Wynika to z bezpromienistego (utrata energii na rzecz otoczenia) zaniku wzbudzenia oscylacyjnego na wyższym poziomie elektronowym przed powrotem cząsteczki do stanu podstawowego

Mechanizm fluorescencji S 1 S 0 1. Absorpcja promieniowania wzbudza przejścia sigletsinglet, którym towarzyszy wzbudzenie poziomów oscylacyjnych 2. Następuje bezpromienista utrata energii na rzecz otoczenia 3. Emisja promieniowania następuje z podstawowego poziomu oscylacyjnego wzbudzonego stanu elektronowego Singlet (S 1 ) Singlet (S 0 )

Typowe wzbudzenie fluorescencyjne C-C p * wiązanie Wysoka energia oscylacyjna Wysoka energia, krótkie fale Wzrost energii potencjalnej C=C p wiązanie Niska energia oscylacyjna

Typowa emisja fluorescencyjna C-C p * wiązanie Ciepło Wzrost energii potencjalnej Wysoka energia oscylacyjna C-C p * wiązanie Niska energia oscylacyjna EMISJA C=C p wiązanie Dłuższe fale, niższa energia światła Niska energia oscylacyjna

Fluorescencja

Fluorescencja Widmo absorpcyjne (a) wykazuje strukturę oscylacyjną charakterystyczną dla stanu wzbudzonego Widmo fluorescencyjne (b) ukazuje strukturę charakterystyczną dla niższego stanu. Jest przesunięte do niższych energii Absorpcja Fluorescencja Przejścia oscylacyjne 0-0 pokrywają się Energia 0-0 Przejście

Intensywność fluorescencji Fluorescencja - Przesunięcie Stokesowskie W 1852 roku na podstawie obserwacji zostało sformułowane prawo - od nazwiska odkrywcy, nazwane prawem Stokesa, które mówi- że długość fali promieniowania fluorescencyjnego jest zawsze większa od długości fali promieniowania wzbudzającego fluorescencję. Różnica energii pomiędzy pikiem absorpcji a pikiem emisji to przesunięcie Stokesa Fluoresceina Przesunięcie Stokesa 25 nm 495 nm 520 nm

Widmo fluoresceiny

Movie https://www.youtube.com/watch?v=s8dctujbp 2s

Widma absorpcyjne i fluorescencyjne 2.0 Eksperyment (PDI w etanolu)) wzb =269 nm 0.6 2.0 Eksperyment (PDI w etanolu)) wzb =269 nm 0.6 Absorpcja 1.5 1.0 0.5 0.4 0.2 Intensywność Absorpcja 1.5 1.0 0.5 0.4 0.2 Intensywność 0.0 0.0 0.0 0.0 Teoria (TD-B3LYP/6-311++G(d,p)) Teoria (TD-B3LYP/6-311++G(d,p)) Siła oscylatora 0.2 0.1 Obliczenia dla próżni Siła oscylatora 0.2 0.1 Tomasi s PCM Model Obliczenia dla etanolu 0.0 200 250 300 350 400 0.0 200 250 300 350 400 Długość Długosc fali (nm) Długosc fali (nm) Długość fali (nm)

Fluorescencja Fluorofory są składnikami cząsteczki, które absorbują energie Są to na ogół pierścienie aromatyczne

Charakterystyka fluorescencji Ze względu na to, że cząsteczka może być na różnych stanach rotacyjnych, oscylacyjnych i elektronowych piki są SZEROKIE Każde widmo jest charakterystyczne dla danej cząsteczki Przed powrotem do swojego podstawowego stanu, elektron pozostaje w stanie wzbudzonym przez ok. 10 8 sekund. Ze względu na to, że stan wzbudzony jest WYSOCE REAKTYWNY może reagować z inną cząsteczką Emitowane promieniowanie rozchodzi się we wszystkich kierunkach

Wydajność kwantowa fluorescencji Q = ilość fotonów emitowanych/ilość fotonów absorbowanych

Tryptofan Charakterystyczne pasmo absorpcji i emisji. A 2 Maksimum intensywności 150 100 Intensywność Fluorescencji (Q) 50 200 300 400 λ max

Fluorescencja Fluorescencję obserwuje się dla: Sztywnych struktur Delokalizowanych elektronów Intensywnych pasm absorpcyjnych UV (π π* przejścia, Try) Krótkich czasów wzbudzenia (<10 9 sec). Wewnętrzne fluorofory w białkach to Tryptofan (Try), Tyrozyna (Tyr) i Fenyloalanina (Phe) Try i Tyr emisja znacznie silniejsza niż Phe, Zasady DNA,nukleotydy

Fluorofory Zazwyczaj sa to cząsteczki organiczne Jedyne atomy fluoryzujące: Lantanowce (europ, terb)

Zastosowanie Podobne jak spektroskopii UV/VIS Analityczne Strukturalne lokalne konformacje (aromatyczne aminokwasy), struktura trzeciorzędowa białek, denaturacja. Kompleksowanie, tworzenie wiązań. Chemiluminescencja. Mikroskopia fluorescencyjna. Fluorescencja jest znacznie wrażliwsza na zmianę środowiska fluoroforu niż spektroskopia absorpcyjna w zakresie UV/Vis.

Zasady interpretacji widm fluorescencyjnych białek W białkach fluoryzują tylko 3 aminokwasy: Try, Phe, Tyr Jeśli położenie maksimum emisji Try przesuwa się w kierunku fal krótszych i intensywność rośnie to oznacza, że aminokwas znajduje się w środowisku mniej polarnym W roztworze polarnym przesunięcie oznacza, że tryptofan znajduje się wewnątrz struktury białkowej. Identyczne przesunięcie w roztworze niepolarnym wskazuje na taka zmianę struktury, że Try znajduje się na powierzchni Jeśli obecne są zewnętrzne wygaszacze (jon jodkowy, azotany) i obserwuje się zanik fluorescencji oznacza to, że tryptofan znajduje się na powierzchni. W przypadku braku wygaszania aminokwas jest wewnątrz struktury niedostępnej dla wygaszacza.

Zasady interpretacji widm fluorescencyjnych białek Emisję Try wygaszają protonowane grupy karboksylowe stąd można ocenić sąsiedztwo tego aminokwasu Jeśli wolny aminokwas zmienia intensywność fluorescencji w obecności substratu a w białku substrat nie oddziałuje oznacza to, że substrat wprowadza zmiany konformacyjne, w których Try zostaje ukryty wewnątrz struktury Jeśli substancja wiąże się z białkiem i fluorescencja tryptofanu maleje to można wnioskować albo o zmianie konformacyjnej albo, że Try znajduje się bardzo blisko centrum wiążącego

Movies https://www.youtube.com/watch?v=dsafwdg shgm https://www.youtube.com/watch?v=kduflq2p 1Ag https://www.youtube.com/watch?v=5gky11yl GXA

Białko zielonej fluorescencji Białko zielonej fluorescencji (green fluorescent protein, GFP) naturalnie występujące białko wykazujące fluorescencję. GFP jest małym białkiem (238 aminokwasów, 26,9 kda) pochodzącym z meduzy Aequorea victoria Rzeźba Juliana Voss-Andreae Stalowa meduza (Steel Jellyfish) (2006) oparta na strukturze GFP. Obraz przedstawia rzeźbę ze stali nierdzewnej w laboratorium Friday Harbor Laboratory na wyspie San Juan w stanie Waszyngton, w miejscu odkrycia GFP

Movie https://www.youtube.com/watch?v=sfjt8d9wmgk https://www.youtube.com/watch?v=qk9aynkir3w

Metody pomiaru fluorescencji Widmo emisji- wzbudzająca długość fali λ stała, pomiar intensywności fluorescencji (emisji) w zależności od długości fali widmo Widmo wzbudzenia pomiar intensywności fluorescencji dla różnych długości fal wzbudzenia λ, podobne do widm absorpcyjnych. próbka Io λ1 Przepuszczone promieniowanie Źródło światła Monochromator Emisja λ2 Detektor

Źródła wzbudzające Lampy Lasers Ksenon Ksenon/Rtęć Argon (Ar) Krypton (Kr) Hel Neon (He-Ne) Hel Kadm (He-Cd) Krypton-Argon (Kr-Ar)

Mikroskop fluorescencyjny Niektóre substancje obecne w komórkach i tkankach mają zdolność do własnej fluorescencji: porfiryny, chlorofil, hemoglobina, witamina A. Barwniki fluorescencyjne używane są do znakowania interesujących nas molekuł, poprzez wiązanie się z nimi, w utrwalonych i żywych komórkach (fluoresceina, rodamina) DNA w jądrze wybarwione DAPI 4',6-diamidyno-2-fenyloindol)

Nagroda Nobla 2015 Mikroskopia STED Nagroda Nobla z chemii 2015. Dostali ją Eric Betzig, Stefan W. Hell i William E. Moerner za rozwój precyzyjnej mikroskopii fluorescencyjnej, która pozwoliła pchnąć do przodu badania w dziedzinie m.in. biologii molekularnej. Betzig pracuje w Howard Hughes Medical Institute w Ashburn, Moerner w Uniwersytecie Stanforda, a Hell jest członkiem zarządu Instytutu Maxa Plancka w Getyndze.

Fosforescencja T 1 S 0 Emisja promieniowania związana jest z dezaktywacją cząsteczek, znajdujących się w stanie o innej multipletowości niż stan podstawowy. A F FP

Mechanizm fosforescencji Absorpcja promieniowania wzbudza przejście singletsinglet, któremu towarzyszy wzbudzenie poziomu oscylacyjnego W trakcie bezpromienistego wygaszania oscylacyjnego może dojść do przejścia interkombinacyjnego (konwersji międzysystemowej) z krzywej stanu singletowego na krzywą stanu trypletowego spowodowanego oddziaływaniem spin-orbita.

Mechanizm fosforescencji Przejście to jest ułatwione obecnością wspólnego poziomu oscylacyjnego elektronowych stanów wzbudzonych Stan trypletowy cząsteczki bezpromieniście przechodzi na zerowy poziom oscylacyjny i pozostaje na nim tak długo aż złamanie reguły S=0 pozwoli na powrót do stanu podstawowego i emisję promieniowania elektromagnetycznego Pozostawanie cząsteczek w stanie wzbudzonym przejawia się nieraz długotrwałym świeceniem substancji po ustaniu naświetlania

Mechanizm fosforescencji T 1 S 0 1. Absorpcja promieniowania wzbudza przejście singletsinglet 2. Przejście interkombinacyjne z krzywej stanu singletowego na krzywą stanu trypletowego (przemiana wzbroniona T S) 3. Stan trypletowy cząsteczki bezpromieniście przechodzi na zerowy poziom oscylacyjny 4. Cząsteczka w stanie wzbudzonym przejawia nieraz długotrwałe świecenie

Doświadczalna różnica pomiędzy fluorescencją i fosforescencją. I Fluorescencja zanika natychmiast, gdy usuniemy źródło wzbudzenia, podczas gdy fosforescencja trwa przez dłuższy okres czasu a jej intensywność zanika powoli Intensywność emisji Fosforescencja Fluorescencja T

Diagram Jabłońskiego (1933) Diagram Jabłonskiego (dla naftalenu) w uproszczeniu przedstawia obraz względnego położenia poziomów elektronowych cząsteczki. IC: Konwersja wewnętrzna ISC: Konwersja międzysystemowa

Schemat Jabłońskiego S stany singletowe T stany trypletowe A absorpcja F fluorescencja P fosforescencja IC konwersja wewnętrzna ISC konwersja interkombinacyjna Energia Wzbudzone stany oscylacyjne Stan elektronowy podstawowy

Diagram Jabłońskiego Strzałki proste przejście promieniste Strzałki falowane przejście bezpromieniste

Aleksander Jabłoński 1898-1980 urodził się w roku 1898 na Ukrainie. Fizykę studiował w Charkowie i w Warszawie, gdzie w roku 1930 uzyskał stopień doktora. Studiując w Warszawie grał jednocześnie w sekcji pierwszych skrzypiec orkiestry Teatru Wielkiego. W latach 30. przebywał w Berlinie i w Hamburgu jako stypendysta Fundacji Rockefellera. Habilitował się na Uniwersytecie Warszawskim w dziedzinie ciśnieniowego poszerzania linii widmowych. Tematyka ta, którą kontynuował po przeniesieniu się do Wilna, jest do dziś uprawiana w Instytucie Fizyki UMK. W 1939 roku wziął udział w kampanii wrześniowej, która skończyła się dla niego najpierw internowaniem w obozie sowieckim, a następnie szczęśliwym jego opuszczeniem i wstąpieniem do Armii Andersa. W roku 1943 znalazł się w Wielkiej Brytanii, gdzie przez dwa lata pracował na Uniwersytecie w Edynburgu. Po powrocie do Polski, w roku 1945, pracował najpierw na Uniwersytecie Warszawskim, przeniósł się do Torunia, gdzie został mianowany profesorem zwyczajnym i gdzie od podstaw rozpoczął budowę toruńskiej szkoły fizyki.

Czasy w jakich zachodzą procesy dezaktywacji cząsteczki Absorpcja: 10-15 s Relaksacja wibracyjna: 10-12 - 10-10 s Czas życia w pierwszym stanie wzbudzonym S 1 10-10 - 10-7 s, fluorescencja Konwersja wewnętrzna: 10-11 - 10-9 s Konwersja międzysystemowa: 10-10 - 10-8 s Czas życia stanu wzbudzonego T 1 10-6 1s, fosforescencja

Reguła Kashy Obserwowana fluorescencja lub fosforescencja niemal wyłącznie pochodzi od przejść z najniższego stanu wzbudzonego o danej multipletowości tzn. ze stanu S 1 lub T 1. Wynika to z dużej szybkości bezpromienistej dezaktywacji (10 12 s -1 ), znacznie większej niż szybkość przejść promienistych rzędu 10 9 s -1

Charakterystyka zachodzących procesów w czasie wzbudzenia Konwersja wewnętrzna Jest to bezpromieniste przejście pomiędzy dwoma elektronowymi stanami o tej samej multipletowości (2S+1). W roztworze proces ten zachodzi jako relaksacja wibracyjna z wysokich stanów wibracyjnych do podstawowego wibracyjnego. Dzieje się tak na skutek kolizji z cząsteczkami rozpuszczalnika

Charakterystyka zachodzących procesów w czasie wzbudzenia Kiedy cząsteczka zostaje wzbudzona do wyższego stanu wibracyjnego pierwszego wzbudzonego stanu elektronowego to poprzez procesy wibracyjnej relaksacji lub konwersji wewnętrznej i wibracyjnej relaksacji gdy są to stany elektronowe wyższe przechodzi do stanu podstawowego oscylacyjnego pierwszego stanu wzbudzonego elektronowego w czasie około 10-13 - 10-11 s. Przejście ze stanu elektronowego 1 do 0 jest już mniej prawdopodobne ze względu na największa różnicę energii.

Luminiscencja Zjawisko to, zwane jarzeniem lub niekiedy zimnym świeceniem polega na emitowaniu światła, które powstaje kosztem innych rodzajów energii niż energia cieplna.

Rodzaje luminescencji Fotoluminescencja (świecenie spowodowane promieniowaniem UV lub widzialnym VIS). Fotoluminescencję dzieli się na: fluorescencję i fosforescencję Fluorescencja jest świeceniem krótkotrwałym, trwającym nie dłużej niż 10-8 s Fosforescencja to świecenie długotrwałe, dochodzące do kilku godzin a nawet dni

Fotoluminescencja Fotoluminescencję wykazuje wiele substancji, jak choćby organiczne barwniki stosowane w odblaskowych flamastrach czy luminofory stosowane w świetlówkach-rurach fluorescencyjnych.

Rodzaje luminescencji Termoluminescencja luminescencja następuje po uprzednim naświetleniu substancji i następnie jej ogrzaniu. Mamy tu do czynienia z gromadzeniem energii świetlnej i wypromieniowaniu jej gdy tego chcemy- w momencie podgrzania.

Rodzaje luminescencji Chemiluminescencja to świecenie wywołane reakcjami chemicznymi, np. podczas utleniania fosforu białego lub luminolu. Henning Brand odkrywa fosfor (1669r.)

Chemiluminescencja reakcja chemiczna prowadzi do wzbudzonego elektronowo produktu, który emituje światło w trakcie powrotu do stanu podstawowego Luminol (do wykrywania krwi) A + B C * C + hn NH 2 O NH 2 C C NH NH O 2 /OH- COO - COO - + hn + N 2 + H 2 O O Utlenianie szczawianu difenylu (światło chemiczne)

Bioluminescencja Bioluminescencja,,,zimne" świecenie - żywych organizmów, jeden z rodzajów chemiluminescencji. Występuje u wielu bakterii, grzybów, niektórych pierwotniaków, morskich jamochłonów, gąbek, mięczaków, skorupiaków, owadów, osłonic, ryb. Świecenie jest związane z enzymatycznym utlenianiem lucyferyny z udziałem enzymu lucyferazy (związki te u różnych zwierząt mają różny skład chemiczny). Model lucyferyny robaczków świętojańskich

Bioluminiscencja

Elektroluminiscencja Zjawisko luminescencji w ciałach stałych i gazach pod wpływem przepływu prądu, wyładowania elektrycznego, pola elektrycznego, fali elektromagnetycznej. Działanie diody elektroluminescencyjnej (LED) opiera się na zjawisku rekombinacji nośników ładunku (rekombinacja promienista). Zjawisko to zachodzi w półprzewodnikach wówczas, gdy elektrony przechodząc z wyższego poziomu energetycznego na niższy. Podczas tego przejścia energia elektronu zostaje zamieniona na kwant promieniowania elektromagnetycznego Diody elektroluminescencyjne są wytwarzane z materiałów półprzewodnikowych (pierwiastki z III i V grupy układu okresowego np. arsenek galu GaAs, fosforek galu GaP, arsenofosforek galu GaAsP o odpowiednim domieszkowaniu). Barwa promieniowania emitowanego przez diody elektroluminescencyjne zależy od materiału półprzewodnikowego; są to barwy: niebieska, żółta, zielona, pomarańczowa, czerwona.

Luminofory nieorganiczne Siarczki takie jak siarczek cynku ZnS i siarczek kadmu. Cechuje je wysoka wydajność świetlna. Luminofory siarczkowe są dobrymi katodoluminoforami, elektrolu-minoforami i rentgenoluminoforami Tlenosiarczek itru aktywowany europem okazał się bardzo dobrym luminoforem czerwonym, stosowanym w telewizji kolorowej Luminofory z grupy halofosforanów wapnia znalazły zastosowanie w świetlówkach. Mają dobrą wydajność świetlną, są aktywowane manganem. Wolframian wapnia aktywowany srebrem i tantalan itru aktywowany niobem są dobrymi rentgenoluminoforami stosowanymi do folii wzmacniających w rentgeno-diagnostyce

Luminofory nieorganiczne Luminofory siarczkowe (siarczki metali) najwolniej gasnące-siarczki wapniowców CaS, SrS: Cu, Bi, Pb. kadmu i cynku ZnS, CdS: Ag, Cu, Co, Mn tlenosiarczkowe Y 2 O 2 S: Eu

Świecące kryształy Fosforescencję pod wpływem naświetlania wykazuje np. Diament, baryt, gips, które po wyłączeniu lampy świecą jeszcze przez kilka sekund białoniebieskim światłem Luminiscencja minerału zazwyczaj związana jest z małą domieszką aktywatorów (np. mangan w kalcycie) lub obecnością defektów sieciowych W najbardziej pospolitych diamentach ma zwykle barwę niebieską. Inne barwy fluorescencji diamentów jubilerskich są dużo rzadsze. Mogą być też diamenty z fluorescencją zieloną, żółtawą, żółtawozieloną, pomarańczową i czerwoną. Czasem bywa w diamencie nawet kilka barw fluorescencji jednocześnie. Fosforyzujące diamenty naturalne są rzadkie, natomiast fosforyzujące diamenty syntetyczne są częste.

Świecące kryształy Kalcyt żółta, pom., czerw Cyrkon żółta, złocista Fluoryt fioletowa, jasnożółta Topaz żółta, Gips białoniebieska Dolomit pomarańczowa Apatyt różowa, czerwona

Luminofory organiczne-przykłady -fluoresceina -eozyna -uranina -niektóre polimery luminol

Przykłady fosforów i luminoforów Materiał luminescencyjny: NaI(Tl), np. licznik scyntylacyjny, detekcja promieni X oraz gamma po absorpcji kwantu elektron przechodzi do pasma przewodnictwa NaI, emisję światła (410 nm) powoduje przejście na poziom domieszkowy talu. Fosfory siarczkowe- ZnS:Ag; ZnS:Cu; CdS:Ag kiedyś popularne w farbie świecącej w budzikach składniki luminoforów telewizyjnych, ponieważ ZnS jest półprzewodnikiem, łatwiej następuje przeniesienie e - w paśmie przewodnictwa na domieszkę. Wydajność przenoszenia energii w izolatorach (fosforany) jest mniejsza.

Nagroda Nobla 2015 Nagroda Nobla z chemii 2015. Dostali ją Eric Betzig, Stefan W. Hell i William E. Moerner za rozwój precyzyjnej mikroskopii fluorescencyjnej, która pozwoliła pchnąć do przodu badania w dziedzinie m.in. biologii molekularnej. Betzig pracuje w Howard Hughes Medical Institute w Ashburn, Moerner w Uniwersytecie Stanforda, a Hell jest członkiem zarządu Instytutu Maxa Plancka w Getyndze.