Dokumentace projektu
Fotoluminiscence Autorky: Kateřina Limburská, Tereza Fleková Vedoucí projektu: Zdeněk Polák
21. 7. – 29. 7. 2014
Plasnice
Úvod Lidé jsou fascinování světlem už od pravěku. Tehdy bylo základním zdrojem světla slunce nebo oheň. Jak se lidstvo vyvíjí, vyvíjí se i nové technologie. Umíme vytvořit zdroje světla, a tak je zajímavé pozorovat chování jednotlivých látek pod zářením o různé vlnové délce. Jak je například možné, že když na některou látku posvítíme zeleným laserem, nevyprodukuje žádné záření, ale když na ni posvítíme laserem modrým, látka se svítivě zeleně rozžehne? A právě tím jsme se rozhodly zabývat a zkoumat, jak které látky reagují na jednotlivé zdroje světla. Tento projekt je zaměřen na fotoluminiscenci, tedy jev, při kterém dojde díky elektromagnetickému záření k excitaci látky, která následně vyprodukuje záření s delší vlnovou délkou Popisky pod obrázky: sledovaný předmět – jakým zdrojem světla je předmět ozářen Označení UV znamená, že stejně luminiskuje pod všemi typy UV zdrojů (UV baterka, lampička, zářivka) U všech fotek, které jsme nafotily je chybné datum (kvůli špatnému nastavení fotoaparátu), vše bylo foceno v období 21.7 – 30.7.2014
Teoretická část Luminiscence je jev, při kterém elektromagnetické záření způsobí excitaci látky. Jestli k tomuto jevu dojde, závisí na vlnové délce elektromagnetického záření (Platí, že s rostoucí vlnovou délkou záření klesá energie tohoto záření) a druhu látky. Pokud má záření dostatečnou energii, látka ho absorbuje a sama se excituje. Při přechodu látky zpět do základního stavu dojde k emisi záření o delší vlnové délce, než mělo původní záření. Pokud k tomuto jevu dojde bezprostředně po absorpci, jedná se o fluorescenci, pokud postupně doznívá, hovoříme o fosforescenci.
Praktická část 1.1
Měření intenzity záření zdrojů různých vlnových délek pomocí spektrometru
Zářivka Čárové spektrum zářivky má 5 peaků – fialový, tyrkysový, zelený, žlutooranžový a červený.
Svíčka Svíčka má poměrně široký rozsah peaku – přibližně od 490 nm do 760 nm.
Zelená dioda Nejvyšší intenzita světla zelené diody odpovídá vlnové délce přibližně 570 nm, tedy zelenožluté barvě s šířkou peaku 30 nm.
Modrá dioda Nejvyšší intenzita světla modré diody odpovídá vlnové délce přibližně 470 nm s šířkou peaku 30 nm (stejně jako u zelené diody), tedy světle modré barvě.
Zelený laser Nejvyšší intenzita světla zeleného laseru odpovídá vlnové délce 530 nm s šířkou peaku přibližně 10 nm (mnohem užší než u diody => monochromatické světlo).
Modrý laser Nejvyšší intenzita světla modrého laseru odpovídá vlnové délce 400 nm s šířkou peaku přibližně 20 nm, je tedy zbarven spíše do fialova .
UV lampička Nejvyšší intenzita světla této lampičky se nachází ve fialové části spektra (400 nm). Šířka peaku je o trochu širší než u modrého laseru.
UV baterka Nejvyšší intenzita světla této baterky se nachází ve fialové části spektra (400 nm). Šířka peaku je podobnýájako u modrého laseru.
UV zářivka UV zářivka má nejnižší intenzitu světla, ale její maximum se pohybuje v nekratších vlnových délkách (390 nm).
1.2 Zkoumání eosinu a luoresceinu o různých koncentracích Zkoumaly jsme, jak závisí luminiscence na koncentraci dané pozorované látky. Všechny uvedené koncentrace jsou jen přibližné.
Látka
Koncentrace 0,1% 0,01% Eosin 0,001% 0,1% 0,01% Fluorescein 0,001%
Zelená dioda x x x x x x
Modrá dioda 1 1 2 1 1 1
Zelený laser 0 1 2 2 2 2
Modrý laser 1 3 3 1 3 3
UV Lampička 1 3 2 1 3 3
Vysvětlivky: x= látka na záření nereaguje 0= látka záření pohlcuje 1= látka velmi slabě luminiskuje (září pouze hladina, ne v celý roztok) 2= látka slabě luminiskuje (roztok slabě září) 3= látka luminiskuje (roztok výrazně září) Barva políčka odpovídá přibližné barvě roztoku při luminiscenci.
UV baterka 1 3 2 1 3 3
UV zářivka 1 3 2 1 3 3
Eosin 0,1% - modrý laser Eosin s nesilnější koncentrací paprsek modrého laseru pouze propouštěl cca 1 cm pod hladinu. Roztok luminiskuje do žluta.
Eosin 0,1% - UV Lampička (podobně i UV baterka a UV zářivka) Světlo je na hladině pohlceno, proniká cca 0,5 cm pod hladinu. Roztok luminiskuje do žluta.
Eosin 0,01% - modrý laser Roztok modrá laser propouští. Eosin s 0,01% koncentrací luminiskuje do žluta.
Eosin 0,01% - UV Lampička (podobně i UV baterka a UV zářivka) Roztok se při ozáření UV světlem celý rozsvítí do žlutozelena.
Eosin 0,001% - zelený laser Eosin s nejmenší koncentrací modrý laser propouští. Roztok luminiskuje do světle zelena.
Eosin 0,001% - UV Lampička (podobně i UV baterka a UV zářivka) Roztok pod UV světlem luminiskuje do světle zelena.
Fluorescein 0,1% - zelený laser Roztok s největší koncentrací zelený laser propouští. Látka luminiskuje do zelena.
Fluorescein 0,1% - modrý laser Fluorescein modrý laser částečně pohlcuje. Světlo proniká cca. 2 cm pod hladinu. Roztok luminiskuje stejně jako pod zeleným laserem.
Fluorescein 0,1% - UV Lampička (podobně i UV baterka a UV zářivka) Roztok UV světlo pohlcuje. Záření proniká cca. 1 cm pod hladinu. Látka luminiskuje do zelena.
Fluorescein 0,01% - zelený laser Roztok s nižší koncentrací zelený laser propouší. Luminiskuje do zelena.
Fluorescein 0,01% - modrý laser Roztok modrý laser propouští. Luminiskuje do zelena.
Fluorescein 0,01% - UV Lampička (podobně i UV baterka a UV zářivka) Roztok Fluoresceinu UV světlo propuští. Luminiskuje do zelena.
Fluorescein 0,001% - modrý laser Roztok Fluoresceinu s nejnižší koncentrací luminiskuje při ozáření modrým laserem nejvíce.
Fluorescein 0,001% - UV Lampička (podobně i UV baterka a UV zářivka) Roztok UV světlo propouští. Luminiskuje podobně jako roztok se stejnou koncentrací pod modrým laserem.
1.3
Látka Aesculin (kaštan) Luminofor modrý Luminofor červený Luminofor zelený Barva na sklo Chinin – roztok Koření Fosforeskující prášek Vysvětlivky
Zkoumání dalších luminiscenčních látek Zelená dioda x x x x 2P x x
Modrá dioda x x x x 2P x x
x
x
Zelený laser 1
Modrý laser 2
3P x
3P 2
UV Lampička 2 2 2 2P 3P x 1
UV baterka 2 2 2 2P 3P x 1
UV zářivka 2 2 2 2P 3P 1 x
3P
3P
3P
x= látka na záření nereaguje 1= látka velmi slabě luminiskuje 2= látka slabě luminiskuje 3= látka luminiskuje P= látka fosforeskuje Barva políčka odpovídá přibližné barvě roztoku (resp. Prášku) při luminiscenci. Aesculin je látka, kterou obsahují větve kaštanu. Roztok jsme získaly ponořením uříznuté větvičky kaštanu do vody. Aesculin se hned po ponoření do vody začal uvolňovat z větvičky kaštanu. Roztok je za normálního světla lehce nažloutlý, ale při posvícení modrým laserem nebo UV světlem modře luminiskuje.
Aesculin – modrý laser
Aesculin – UV lampička (podobně i UV baterka a UV zářivka)
Luminofor modrý - UV lampička (podobně i UV baterka a UV zářivka) Látka luminiskuje světle modře.
Luminofor červený – UV lampička/baterka
Luminofor červený – UV zářivka Prášek pod UV zářivkou luminiskuje červeně, zatímco pod UV lampičkou luminiskuje růžově.
Luminofor zelený – UV lampička/baterka/zářivka Látka luminiskuje výrazně do zelena.
Barva na sklo – UV Barva fosforeskuje výrazně zeleně.
Chinin ve vodě – modrý laser Chinin slabě luminiskuje, podobně jako Aesculin.
Chinin ve vodě – UV zářivka
Koření – UV baterka/ lampička V neznámém koření jsou malé luminiscenční částečky.
Fosforeskující prášek – UV Prášek silně fosforeskuje (dá se do něj kreslit modrým laserem).
* Chlorofyl – modrý laser Přestože má roztok lihem extrahovaného chlorofylu tmavě zelenou barvu, jeho hladina při posvícení modrým laserem nebo UV světlem sytě červeně luminiskuje.
1.4
Luminiscenční předměty
Kromě zvýrazňovačů, brček a neonových papírků existují i další běžně užívané předměty, které pod modrým světlem luminiskují.
Látka Zářivka Korále Zapalovač Kukátko Jízdenka
Zelená dioda x x x x x
Modrá dioda x x 2 2 1
Vysvětlivky: x= látka na záření nereaguje 1= látka velmi slabě luminiskuje 2= látka slabě luminiskuje 3= látka luminiskuje
Zelený laser x x x x x
Modrý laser 3 3 3 3 3
UV Lampička 3 3 3 3 3
UV baterka 3 3 3 3 3
UV zářivka x 3 3 3 2
Zářivka – UV baterka/ lampička Zářivka fialově luminiskuje.
Zářivka – modrý laser
* Korále – UV Korále z uranového skla výrazně luminiskují.
Zapalovač – UV
Pokles intenzity vyzařovaného světla s časem Červená – Fosforescenční papír; modrá – fosforescenční plast (hvězdička)
Kukátko - modrá dioda; podobně i UV
Kukátko – modrý laser
Jízdenka – UV baterka/ lampička Jedním z bezpečnostních prvků na jízdence je obrázek viditelný pod UV světlem. Podobných opatření se využívá i u cestovních pasů a občanských průkazů.
Tabulky označující nouzový východ Tabulky při posvícení modrý laserem nebo UV světlem žlutozeleně fosforeskují. Přestože vypadají všechny velice podobně, mohou se lišit ve složení. Zjistily jsme, že po nasvícení tabulky způsobí následné osvícení červeným laserem urychlení vyzáření v tomto místě tabulky a zanechává černou stopu. Toto ovšem neplatí pro všechny tabulky.
1.5
Absorpční spektra roztoků
Eosin 0,1%
Silná koncentrace Eosinu způsobuje vysokou absorpci světla.
Eosin0,01%
Z grafu lze vyčíst, že při posvícení modrým světlem bude roztok žlutozeleně luminiskovat .
Eosin 0,001%
Nízká koncentrace Eosinu způsobuje nižší absorpci. Barva roztoku při luminiscenci je žlutozelená.
Fluorescein 0,1%
Stejně jako u Eosinu způsobuje vysoká koncentrace Fluoresceinu vysokou absorpci.
Fluorescein 0,01%
Fluorescein 0,001%
Aesculin
Chinin
Aesculin a Chinin mají velmi podobné spektrum absorpce.
Voda
Absorpční spektrum vody pro srovnání.
Závěr Každá látka nemusí luminiskovat. Při luminiscenci záleží na koncentraci roztoků, frekvenci (vlnové délce) zdrojů a hlavně na složení samotné pozorované látky. Luminiscence je pro nás běžný jev a nevyskytuje se pouze v chemických laboratořích. Kolem nás můžeme najít spoustu luminiscenčních předmětů. Dokonce se luminiscence využívá na ochranné znaky na jízdenkách, osobních dokladech a bezpečnostních značeních (nouzové východy).
