Princip emise fotonu

LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - zesílení světla stimulovanou emisí záření. Jde o zdroj úzkého svazku elektromagnetického záření. Toto záření je monochromatické a koherentní.

Fyzikální princip laseru popsal Albert Einstein už v roce 1917, ale vyroben byl až v roce 1960 americkým fyzikem Theodorem Maimanem. Ten ozařoval rubínovou tyčinku pomocí pulzní výbojky.

Vývoj laserů se zaměřuje na zvyšování výkonu a samozřejmě i účinnost a snižování ekonomických nároků. Zvyšování intenzity laseru v letech 1960-2010.

Záření z klasických zdrojů obsahuje vlny o různé amplitudě a fázi, toto záření (na obrázku červeně).

Příklad konstrukce laseru:

Čtěte také: Příklady recyklace v umění

1. 1 - aktivní prostředí
2. 2 - zdroj energie
3. 3 - nepropustné zrcadlo
4. 4 - polopropustné zrcadlo
5. 5 - laserový paprsek

Zdroj energie zajišťuje přítomnost systémů v excitovaném stavu. Jakmile se spontánní emisí uvolní foton, vyvolá stimulovanou emisi dalších fotonů.

Fluorescence je jev, kdy molekula po excitaci elektromagnetickým zářením o vhodné vlnové délce při návratu do základního stavu vyzáří energii ve formě fotonu. Je možné měřit i slabý fluorescenční signál na pozadí intenzivního excitačního záření. Fluorescenční spektroskopie využívá závislosti emisních vlastností fluoroforu na prostředí, přenosu elektronové excitační energie mezi donorem a fluoreskujícím akceptorem a polarizované fluorescence.

Spektroskopie se zabývá vznikem a vlastnostmi spekter. Je to metoda založená na vzájemném působení elektromagnetického záření a zkoumané látky, při kterém dochází k výměně energie (prosvítíme-li vzorek zářením o známé intenzitě, zjistíme, že intenzita prošlého světla je jiná - to je právě způsobeno interakcí záření se vzorkem).

Zkoumaná látka může záření pohlcovat nebo vyzařovat, spektroskopie pak měří emise a absorpce různých vlnových délek viditelného i neviditelného záření. Samotné spektrum je závislost intenzity elektromagnetického záření prošlého vzorkem (popř.

Spektroskopii lze rozdělit podle několika měřítek. Ramanova spektroskopie je založena na měření spektra elektromagnetického záření rozptýleného díky Ramanově jevu. Infračervená spektroskopie se využívá k identifikaci a strukturní charakteristice organických látek.

Čtěte také: O biodegradaci a sanaci

První spektroskop sestrojili r. 1860 Kirchhoff a Bunsen. Jeho základními součástmi byly trojboký hranol (tj. disperzní prvek), kollimátor (tj.

Spektroskop je přístroj určený pro rozkládání viditelného světla na jednotlivé složky a pozorování spekter. Je založený na rozkladu světla hranolem (u hranolového spektroskopu) či mřížkou (u mřížkového spektroskopu).

Molekula v základním stavu může absorbovat elektromagnetické záření, čímž dojde k excitaci atomu (tj. k přechodu elektronu z orbitalu o nižší energii do nejbližšího neobsazeného orbitalu o vyšší energii). Pro naše účely jsou důležitější deaktivační procesy, při nichž dochází k vyzáření světelného kvanta.

Fluorescence je vyvolána buď účinkem jiného dopadajícího záření, nebo účinkem dopadajících částic. Emise záření trvá krátkou dobu a po zhasnutí excitačního záření téměř okamžitě také ona zhasíná. Emisní záření je charakterizováno vyzářením energie ve velmi krátké době, řádově 10-9 s až 10-6 s.

Elektrony v obalech fluoroforů jsou schopny absorbovat foton a tím zvýšit svou energii. Po chvíli však část této nové energie vyzáří opět ve formě fotonu, ale s nižší energií. Energie se totiž zbavují i tzv. nezářivými přechody, kdy se část energie dostává do nižších excitovaných stavů (postupně až na stav S1). Při přechodu ze stavu S1 do základního S0 jsou nezářivé přechody pomalejší a může zde již také docházet k fluorescenci.

Čtěte také: Klíčová role přírody ve skautingu

Emisní spektrum vyjadřuje závislost intenzity fluorescence na vlnové délce při konstantní vlnové délce budícího záření.

Vlastní (vnitřní) fluofory jsou chemické sloučeniny, jejichž přítomnost indikuje schopnost látky vyzařovat fluorescenční záření. Vnitřní fluorescence buněk bývá podmíněna přítomností některých proteinů, zejména takových, které ve svých molekulách obsahují aromatický cyklus. Tyto aminokyseliny (tryptofan, tyrosin a fenylalanin) vykazují fluorescenci v UV oblasti spektra. V UV oblasti dále vykazují fluorescenci mitochondrie a jadérka (na vlnových délkách 330-350 nm). K identifikaci vitaminu A ve tkáních se využívá jeho intenzivní fluorescenci ve 480 nm.

Vnitřní fluorescence proteinů lze využít při stanovování koncentrace látky, nicméně při využití vnějších fluoforů je stanovení citlivější, protože emise proteinů je závislá na poloze molekuly aminokyseliny obsahující aromatický cyklus.

Nevlastní neboli vnější fluofory patří mezi látky ve spektroskopii široce využívané. Podle typu vazby, kterou se poutají ke sledované látce rozeznáváme fluorescenční sondy a fluorescenční značky. Fluorescenční značky (fluoresceinizothiokyanát, tetrametylrhodaminizothiokyanát aj. jsou ke studované látce vázány kovalentní vazbou, flourescenční sondy jsou do struktury zkoumané látky zavzaty vazbou nekovalentní.

Fluorescenční sondy dělíme podle jejich převažujícího využití do několika skupin. Existují bimolekulární procesy, které snižují kvantový výtěžek fluorescence, nicméně fluorescenční spektrum zůstává zachováno. Tyto děje jsou neopomenutelnou a ve většině případů nežádanou součástí spektroskopických technik využívajících jevu fluorescence. Jedná se o tzv. zhášení fluorescence. Rozlišujeme dynamické zhášení, zapříčiněné srážkou excitované molekuly s molekulou zhášedla. Dochází pak k nezářivému návratu do základního stavu. Dynamického zhášení se využívá například při stanovení změn koncentrace iontů Cl-. Při tomto typu zhášení však nedochází ke změně struktury molekuly, na rozdíl od tzv.

Při vysoké hustotě značení či při vysoké koncentraci může docházet k tvorbě excitovaného dimeru - excimeru. Vlastností intenzivního světla je rozklad fluoforů, což omezuje a v konečném důsledku také ruší jejich schopnost emitovat fluorescenční záření.

Spektroskopie umožňuje bezkontaktně a nedestruktivně získávat kvantitativní (podle podle intenzity záření spektrálních čar) i kvalitativní (podle vlnových délek charakteristických spektrálních čar) informace o dané látce.

Fluorescenční spektrální analýza využívá toho, že každá látka emituje určité vlnové délky jinak. Fluorescenční spektroskopie je pro svou citlivost velmi perspektivní postup využívaný v celé řadě oborů. Spektrofluorimetrická detekce je často využívaná v zapojení k průtokovému systému, například sekvenční injekční analýzy. Fluorescenční sondy, značky a indikátory nalézají v oblasti fluorescenční spektroskopie také velmi široké využití.

Dále indikátor Fura-2 vykazuje spektrální posuv v přítomnosti Ca2+, je proto využíván při testování změn elektrického potenciálu. Fluorescenční spektroskopii je možné využít při zkoumání životnosti buněk, kdy fluorogenní substráty esteráz pronikající do buňky, kde převádí buněčné esterázy na fluoreskující produkt. Na základě nitrobuněčné retence fluoreskujících produktů je také možné měřit membránovou integritu.

Pro detekci mrtvých buněk se používají barviva pro nukleové kyseliny. Využívá se zde nepropustnosti těchto barviv přes membrány živých buněk. Jedná se například o propidium-jodid či cyaninová barviva. Dále je možné využívat redoxního potenciálu živých buněk. Zavedené sondy (např.

Sondy pro nukleové kyseliny jsou využívány dále k testování apoptózy. Fluorescenční značky a sondy (např.

tags: #metoda #emise #fotonu #princip

Oblíbené příspěvky:

• Česká příroda objektivem
• Zapsaný spolek a poplatky za odpad
• Léčba varroázy bez chemie
• Kódy Odpadů v ČR
• Třídění odpadu v Rosicích: Co se mění?