Fluorescentie, luminescentie, kwantummechanica

[R.O.O.T.O.E.]

EeJJjj

Ik ben al een tijd bezig met een onderzoek naar fluorescentie, ik doe dit samen met een vriend. We zijn al helemaal into fluorescentie, we vinden het allebei interessant, dat werkt meestal ook wel makkelijk. De basis van de fluorescentie/fosforescentie zit er al aardig ingebakken...

Maar nu willen we verder en de meeste bronnen die we hebben lijken allemaal veel op elkaar. Dan ga je zoeken naar wat complexere bronnen en dan stuit weer op een aantal lastigere termen: kwamtummechanica, luminiscentie en een aantal moeilijke formules. Meestal zijn die bronnetjes aardig specifiek, je wordt dan ergens middenin gedropt, waar je geacht word over een deel voorkennis te beschikken. Nu heb ik een aantal vraagjes;

Kan iemand ons een boek voorschrijven iets in de richting van kwamtummechanica? <-- iets voor beginners..

Heeft iemand informatie over luminiscentie?

Kan iemand mij informatie geven over het meten van fluorescentie en waar een stof aan moet voldoen om te kunnen fluoriseren dan wel fosforiseren?

Alles over fluorescentie, techniek, meten is welkom

De vragen mogen alles zijn: boeken, misschien dat iemand zelf wat weet, misschien dat iemand iemand kent die hierin is gespecialiseerd, maakt niet uit...

Ons onderzoek gaat over fluorescentie, zoals ik al zei. Alvast bedankt...

[T-reg]

Eerst en vooral moet je weten dat zelfs een boek voor beginners over quantum mechanica al ingewikkeld is... Ik heb er een gelezen 'quantum mechanica voor beginners'. Dit is zo een boek uit een reeks kleine boekjes over wetenschap(pers). Ik heb spijtig genoeg geen verdere info hierover, ik heb het ooit geleend uit de bibliotheek. Maar bepaalde redeneringen hierin gaan toch al ver voor beginners, vind ik. Maar het is zeker aan te raden; zoals het in dit boek is uitgelegd, is het misschien wel quantum mechanica op z'n eenvoudigst (en dat is relatief).

[Steabert]

hoi,

om fluorescentie te bestuderen heb je eerst en vooral een basis spectroscopie hebben, daar komt inderdaad kwantumchemie in voor, maar je kan bestaande oplossingen gebruiken voor die zaken (alles is al voorgerekend). Het enige wat je goed moet snappen is dat er iets is zoals discrete energieniveaus en de oplossingen voor rotatie/vibratie en elektronische overgangen.

de vraag is natuurlijk wat jullie voorkennis is, en in hoeverre je in detail wil gaan over de zaken. Ik denk dat de enige mogelijkheid als je écht in detail wil gaan een cursus volgen is.

[Anonymous]

Jah we zitten allebei in de 5de van de VWO en we moeten alles tot in detail weten. Het doel is om eigen fluorescerende stof te maken en te meten... en om te meten moet je toch wel aardig wat dingen weten. Er is inmiddels al genoeg apparatuur om fotosynthese bij planten vergelijkbaar met fluorescentie, maar we moeten het allemaal zelf meten (tot op ckere hoogte). En wat betreft de kwantumchemie, we willen zoveel mogelijk zelf doen, dus proberen om de bestaande oplossingen te mijden.

[Steabert]

Dan ga je zoeken naar wat complexere bronnen en dan stuit weer op een aantal lastigere termen: kwamtummechanica, luminiscentie en een aantal moeilijke formules.

geef eens een concreet voorbeeld van wat je niet snapt, en dan kunnen we vandaar verder.

[Elmo]

Het doel is om eigen fluorescerende stof te maken en te meten... en om te meten moet je toch wel aardig wat dingen weten.

Kun je iets meer vertellen over wat voor een meetmethodes je ter beschikking hebt? En ook wat voor een faciliteiten je hebt om stoffen te maken? Voor de meeste syntheses van 'beroemde & makkelijke' luminescerende stoffen heb je vaak een flinke oven nodig, soms in combinatie met een speciale atmosfeer (zuurstof, stikstof, fluor, ...)

Een proef die ik zelf leuk vind is de synthese van robijn (Al2O3 met Cr erin) en dan bestudering van de luminescentie. De rode emissie ("R-lijnen") is heel scherp en sterk. Hiermee is in '63 de eerste laser gemaakt. Je zou kunnen kijken bij welke golflengtes je het materiaal kan aanslaan enz. Maar dan heb je dus wel een lamp en een monochromator nodig, alsmede iets (nog een monochromator en een detector / CCD) om de golflengte-afhankelijke emissie te meten. Als je ook absorptie kan meten, dan kan je ook de absorptie van Cr in verschillende oplossingen bestuderen. Bijvoorbeeld water, aceton, ethanol, ... Door de verschillen in kristalveld zal je zien dat de absorbtiemaxima verschuiven en dus dat de oplossingen van kleur veranderen. Hier is leuke en relatief eenvoudige theorie aan te doen (m.b.v. de Tanabe-Sugano diagrammen)...

Als je een eenvoudige nat-chemische synthese wil doen, dan zou je kunnen denken aan de synthese van ZnS nanokristallen met Mn erin: blauw/UV en oranje emissie. Voor deze synthese heb je bijvoorbeeld de volgende chemicalien nodig:

- Na2S . 9 H2O

- Na(PO3)n

- water

- Zn(CH3COO)2 . 2 H2O of ZnCl2 . x H2O

- MnCl2 . 4 H2O

Overleg even met je scheikunde leraar of jullie dit allemaal hebben en of hij dit een goed idee vind. Als je deze synthese wil gaan doen, dan kan ik je ermee helpen (ik heb hem vaak gedaan tijdens mijn promotie).

Samenvattend: er is heel erg veel mogelijk onderzoek in de luminescentiewereld, maar wat je wil doen hangt sterk van je mogelijkheden af.

Houd ons op de hoogte!

[R.O.O.T.O.E.]

geef eens een concreet voorbeeld van wat je niet snapt, en dan kunnen we vandaar verder.

Ehm, bekend bij ons is dat dE=(hxc)/labda en dat f=c/labda, check de link: http://www.ears.nl/ppm/index.htm. Uitleg bij dit soort formules is altijd fijn, dit snap ik dus niet. Dit is een goed voorbeeld van iets waarbij je midden in iets wordt gedropt.

Wat betreft kwamtumchemie zouden we wat willen leren, een boek voor beginners maakt niet uit, ook al zijn die erg moeilijk.

"WAARAAN MOET EEN STOF VOLDOEN OM TE FLUORISEREN?" willen we heel graag ontdekken dus we moeten over wat kennis beschikken.

Wat is luminiscentie, is dat gewoon een woord voor elektronenverval/ het verspringen van het aangeslagen elektron naar de volgende schil?

[DePurpereWolf]

Je roert hier ook niet specifiek in quantum mechanica, maar meer in de structuur der materie. Een heel makkelijk antwoord van mij kan zijn op de vraag, wat is er voor fluoriscentie nodig, is: de juiste elektronen configuratie, meer specifiek, fotonen met een golflengte kleiner dan licht moeten worden geabsorbeerd, daarna moet het stapsgewijs fotonen uitzenden met een grotere golflengte.

Als je nu wil weten bij welke stoffen dat gebeurt moet je precies weten hoe de elektronen in hun schillen zitten en hoeveel protonen er in de kern zitten. Dan alleen kun je berekenen (of voorspellen) hoe de elektronen naar hun verschillende banen vervallen.

[Elmo]

"WAARAAN MOET EEN STOF VOLDOEN OM TE FLUORISEREN?"

Een metastabiel energieniveau wat op de goede (energie) afstand ligt vanaf het grondniveau. Dat is het enige wat je nodig hebt. Simpel toch?

[Steabert]

http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timelin...nskifigure1.jpg

dit is een basis-figuur waarmee je héél veel kan snappen.

wat uitleg:

volgens de kwantumchemie kan een molecule niet alle mogelijke energiewaarden hebben, enkel discrete energiewaarden met een bijbehorende toestandsfunctie. Die toestandsfunctie beschrijft de verdeling van de elektronen in het molecule, de vibraties in het molecule, de rotaties van het molecule, kortom: alles.

Die toestandsfuncties (de toestand van het molecule) wordt in het diagram weergegeven door horizontale strepen.

De hoogte van de strepen stelt de energie voor van de toestanden.

De onderste streep is dus de grondtoestand (hierin bevindt het molecule zich normaal).

De cijfers naast de strepen geven het vibratieniveau weer, de symbolen naast een band van strepen geven de elektronische toestand weer.

Je ziet dus dat er per elektronische verdeling een boel vibratie-verdelingen zijn.

Neem bijvoorbeeld de onderste band, dit is de S0 toestand wat betreft de elektronische toestand. Hierin heb je een aantal mogelijkheden voor het molecule om te vibreren. Hoe hoger de vibratietoestand, hoe harder het molecule vibreert (meer energie), maar het heeft nog steeds dezelfde elektronenverdeling!

Als je nu naar de band erboven kijkt: dit is de eerste aangeslagen toestand. De elektronen zijn nu anders verdeeld, en je merkt dat binnen deze elektronische toestand er weer een boel mogelijkheden zijn om te vibreren.

Merk op dat de energieverschillen voor vibratie 1000 maal kleiner zijn dan voor de elektronische toestand (figuur niet op schaal!)

Kortom: om een molecule van de S0 naar de S1 elektronische toestand te brengen heb je ongeveer 1000x meer energie nodig dan om het binnen een bepaalde elektronische toestand van vibratie-niveau te veranderen.

Ik denk dat het essentieel is dat je dit eerst snapt (ik weet dat het veel ineens is maar ik stel voor dat als je vragen hebt dat we die eerst oplossen alvorens verder te gaan)

*een molecule kan slechts welbepaalde energieën hebben die gekenmerkt worden door een welbepaalde toestand van dat molecule.

*die toestand wordt beschreven door een toestandsfunctie die bestaat uit een stuk dat de verdeling van elektronen beschrijft en een stuk dat de vibratie beschrijft

*elke elektronisch toestand heeft een heleboel bijhorende vibratietoestanden

*het energieverschil tussen de vibratieniveaus onderling is veel kleiner (1000x kleiner) dan tussen elektronische niveaus.

[Steabert]

trouwens, hoort dit onderwerp niet bij scheikunde thuis? 8)

[Anonymous]

hey,

ik maak profielwerkstuk over fluorescentie en wil graag een fluorescerende stof maken. Wie weet hier wat voor?

[Anonymous]

trouwens, hoort dit onderwerp niet bij scheikunde thuis?

Neen, omdat energiebanden in alle materialen zitten.

Dit werd ontdekt bij de bestudering van elektromagnetische verschijnselen in geleiders half-geleiders en isolators.

Ja, als je de chemische eigenschappen van fluorescerende en fosforescerende stoffen wilt kennen.

De oorzaak is chemisch, de weg is elektromagnetisch, het doel is fysisch.

ik maak profielwerkstuk over fluorescentie en wil graag een fluorescerende stof maken. Wie weet hier wat voor?

http://www.exo.science.ru.nl/bronnen/sc ... entie.html

[aspergillie]

Fluorescentie zou je kunnen meten met Time correlated single photon counting, dit is een techniek om oa fluorescentie levensduren mee te bepalen. Ik weet wel wat over fluorescentie, maar niet over de rest.

[Anonymous]

Je hoeft alleen te weten dat elektronen zich in verschillende energieniveaus kunnen bevinden. Wanneer een elektron in een hogere energieniveau zit dan hij eigenlijk wil zitten valt hij terug, en zendt hierbij een foton uit. Waar licht uit bestaat.

E=hc/lambda haal je aan. Lamba is de golflengte van licht, je kan ook nemen E=1240/lambda waar lambda de golflengte in nm is.

Er is eerst energie nodig om een elektron in een hoger energieniveau te brengen, dit wordt gedaan met uv licht. Vervolgens valt het elektron in 1 of 2 stappen terug. Het elektron dat terug valt heeft minder energie dan in het begin, het foton wat uitgezonden wordt heeft dus ook minder energie, en bevindt zich dan vaak in het zichtbare licht.

Dit is weer af te leiden uit E=1240/lamda.

Omdat electronen in energieniveaus zijn opgedeeld heet dit quantum mechanica.