خواص فسفر سانس و فلوئورسانس و هانری بکرل

فُسفُرسانس از جمله خواص فیزیکی برخی مواد شیمیایی از قبیل فسفر، باریم سولفید و کلسیم سولفید است. این مواد نور با طول موج معینی را جذب کرده، آن را به صورت تابش با طول موج بلندتر نشر می‌کنند .

-----------------------------------------------------------------------------------------------

نوع نحوه‌ برانگیختگی

 گونه‌های تابناکی (لومینسانس)

نورتابناکی فتولومینسانس (فلورسانس ، فسفرسانس ، فلورسانس تاخیری)

جذب نور فوتون‌ها

پرتوتابناکی رادیولومینسانس

تابش‌های یوننده (پرتو ایکس ، پرتو آلفا ، پرتو بتا ، پرتو گام)ا

کاتدتابناکی(کاتدلومینسانس(

پرتو کاتدی(پرتو الکترونی(

برق‌تابناکی(الکترولومینسانس(

میدان الکتریکی

گرماتابناکی(ترمولومینسانس(

گرم کردن پس از ذخیرهٔ انرژی اولیه

شیمی‌تابناکی(کمولومینسانس(

فرآیندهای شیمیایی (مانند اکسایش(

زیست‌تابناکی(بیولومینسانس(

فرآیندهای زیست‌شیمیایی

تریبولومینسانس

نیروهای اصطکاکی و الکترواستاتیکی

صوت‌تابناکی (سونولومینسانس(

امواج فراصوت

--------------------------------------------------------------

برای مشاهده ی ادامه ی متن بر روی ادامه ی مطلب کلیک کنید

دید کلی

بسیاری از سیستم‌های شیمیایی ، فوتولومینسانس هستند، یعنی این سیستم‌ها می‌توانند توسط تابش الکترومغناطیسی برانگیخته شوند و متعاقب آن ، تابشی یا با همان طول موج یا با طول موج دیگر ، مجددا نشر کنند. دو نوع از متداول‌ترین وجوه فوتولومینسانس «فلوئورسانس» و «فسفرسانس» هستند.

این دو تابش ، توسط فرایندهای مکانیکی متفاوتی تولید می‌شوند. این دو پدیده را می‌توان بطور تجربی با مشاهده طول عمر حالت برانگیخته ، از یکدیگر تمیز داد. در مورد فلوئورسانس ، فرآیند لومینسانس تقریبا بلافاصله پس از قطع تابش ، متوقف می‌شود، اما فسفرسانس معمولا برای مدت زمانی که به آسانی قابل آشکارسازی است، دوام می‌آورد. با طیف‌سنجی فلوئورسانس (fluorescence spectrophotometry)آشنا می‌شویم.

استفاده تجربی از فلوئورسانس و فسفرسانس (Fluorescence & Phosphorescence)

اندازه گیری شدت فلوئورسان ، تعیین کمی ‌مقدار بسیار کم تعداد زیادی از گونه‌های معدنی و آلی را امکان‌پذیر می‌سازد. تعداد زیادی روشهای فلوئورسانس سنجی مفید ، بخصوص برای سیستم‌های زیستی ، موجود است. یکی از جالبترین وجوه فلوئورسانس سنجی ، حساسیت ذاتی آن است. حد پایین اندازه گیری توسط این روش اغلب با ضریب 0,1 یا بهتر ، کمتر از حد پایین اندازه گیری توسط یک روش جذبی است و این حد در گستره بین چند هزارم تا شاید یک دهم یک قسمت در میلیون (0.1 از ppm) قرار می‌گیرد.

بعلاوه ، گزینش‌پذیری این روش حداقل بخوبی و احتمالا بهتر از سایر روشها است. با وجود این ، فلوئورسانس سنجی کمتر از روشهای جذبی مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا تعداد نسبتا محدودی سیستم‌های شیمیایی وجود دارند که می‌توانند فلوئورسانس تولید کنند. فسفرسانس نیز تنها در حد بسیار محدودی در مسائل تجزیه‌ای بکار گرفته می‌شود.

نظریه فلوئورسانس

مثالهایی از رفتار فلوئورسانس را می‌توان در سیستم های ساده و همچنین در سیستم های پیچیده شیمیایی ، در حالت گازی ، مایع و جامد مشاهده کرد. ساده‌ترین نوع فلوئورسانس ، توسط بخارات اتمی رقیق به نمایش گذارده می‌شود. بعنوان مثال ، الکترونهای 3s اتمهای سدیم بخارشده ، می‌توانند با جذب تابش 5895 و 5790 آنگستروم به حالت 3p برانگیخته شوند. پس از سپری شدن بطور متوسط 8-10 ثانیه ، الکترونها به حالت عادی بر می‌گردند و در ضمن این عمل ، تابش با همان دو طول موج را در کلیه جهات منتشر می‌کنند.

این نوع فلوئورسانس که در آن تابش جذب شده بدون تغییر دوباره منتشر می‌شود ، به تابش رزونانسی یا فلوئورسانس رزونانسی مشهور است. در مورد مولکولها یا یونهای چند اتمی‌ نیز تابش رزونانسی به وقوع می‌پیوندد. بعلاوه اینکه تابش مشخصه با طول موجهای طولانی‌تر نشر می‌شود. این پدیده به نام جابجایی استوکس معروف است.

تقریبا تمام سیستم‌های فلوئورسانس که برای تجزیه مفیدند، ترکیبات پیچیده آلی هستند که حاوی یک یا چند گروه عاملی آروماتیک می‌باشند.

اندازه گیری فلوئورسانس

اجزاء سازنده مختلف دستگاه‌های اندازه گیری فلوئورسانس ، مشابه ‌اجزاء سازنده نورسنج‌ها می‌باشند. تابش یک منبع مناسب از درون یک تک‌فام ساز یا صافی می‌گذرد که وظیفه آن عبور بخشی از پرتو است که فلوئورسانس را بر می‌انگیزد و طول موجهایی را که متعاقبا توسط نمونه نور داده شده تولید می‌شوند، حذف می‌کند. تابش فلوئورسان ، توسط نمونه در تمام جهات نشر می‌شود، اما مناسب‌ترین زاویه مشاهده آن ، زاویه قائمه نسبت به تابش تحریک است. در بقیه زوایا ، افزایش پراکندگی توسط محلول و دیواره‌های سلول احتمالا منجر به خطاهای بزرگی در اندازه گیری شدت فلوئورسان می‌شود.

تابش منتشره پس از عبور از درون یک سیستم صافی یا تک‌فام‌ساز دوم که پیک فلوئورسان را مجزا می‌کند، به یک آشکارساز فتوالکتریک می‌رسد. خروجیآشکارساز تقویت می‌شود و بر روی یک «ثبات» یا یک «نوسان نما» نمایش داده می‌شود. فلوئورسان‌ سنج‌ها در این مورد با نورسنجها وجه ‌اشتراک دارند که در آنها نیز برای محدود کردن طول موجهای پرتو تحریک و نشر ، صافی بکار گرفته می‌شود.

طیف فلوئورسانس ‌سنج‌ها

طیف فلوئورسانس سنج‌ها ، بر دو نوعند: نوع اول یک صافی مناسب را برای محدود کردن تابش تحریک و یک تک‌فام‌ساز شبکه‌ای یا منشوری را برای مجزا کردن یک پیک نشری فلوئورسان بکار می‌گیرد. چندین طیف نورسنج تجارتی را با دستگاههای رابطی که ‌امکان استفاده ‌از آنها بدین منظور میسر می‌سازد، می‌توان خریداری کرد. طیف فلوئورسانس سنج‌های واقعی دستگاههایی اختصاصی هستند که مجهز به دو تک‌فام ساز می‌باشند. یکی از این تک‌فام سازها تابش تحریک را به یک نوار باریک محدود می‌سازد؛ تک‌فام ساز دیگر امکان مجزا کردن یک طول موج فلوئورسان بخصوص را فراهم می‌کند.

گزینش‌پذیری فراهم شده توسط این دستگاهها در تحقیقات مربوط به مشخصات الکترونی و ساختمانی مولکولها اهمیت زیادی دارد و در کارهای تجزیه‌ای نیز ارزشمند است. با این همه ، برای بیشتر مقاصد تجزیه‌ای ، اطلاعات حاصل از دستگاههای ساده‌تر ، کاملا رضایت‌بخش است. در حقیقت ، فلوئورسان سنج‌های به نسبت ‌ارزان قیمتی اختصاصا برای رفع مشکلات سنجشی خاص تجزیه‌های فلوئورسان طراحی شده‌اند که ‌اغلب همان ویژگی و گزینش‌پذیری طیف نورسنج‌های پیشرفته را دارند.

اجزا سازنده فلوئورسانس سنجها و طیف فلوئورسانس سنج‌ها

در بیشتر کاربردها ، به منبعی نیاز است که نسبت به لامپهای تنگستن یا هیدروژن که در اندازه‌گیری‌های جذبی مورد استفاده قرار می‌گیرند، دارای شدت بیشتری باشد. معمولا یک لامپ کمان جیوه‌ای یا گزنونی بکار گرفته می‌شود.

صافیها و تک‌فام سازها

صافیهای تداخلی و جذبی هر دو ، در فلوئورسانس سنجها بکار برده شده‌اند. بیشتر طیف فلوئورسانس سنج‌ها به تک‌فام سازهای شبکه‌ای مجهزند.

آشکارسازها

علامت فلوئورسان نوعی ، دارای شدت کمی ‌است و بنابراین برای اندازه گیری آن به ضرایب تقویتی بزرگی نیاز داریم. در دستگاههای فلوئورسانس حساس ، از لوله‌های فوتو تکثیر کننده بعنوان آشکارساز در مقیاس وسیعی استفاده می‌شود.

سلولها و محفظه‌های سلولها

سلولهای استوانه‌ای و مستطیلی ساخته شده ‌از شیشه و سیلیس هر دو در اندازه گیری‌های فلوئورسانس بکار گرفته می‌شوند. باید نهایت دقت در طرح محفظه سلول به عمل آید تا مقدار تابش پراکنده‌ای که به آشکارساز می‌رسد، کم شود. برای این منظور ، اغلب تیغه‌هایی در داخل محفظه گذاشته می‌شود.

آنری آنتوان بکرل به فرانسوی ( Antoine Henri Becquerel) ‏(۱۸۵۲-۱۹۰۸(فیزیک‌دان فرانسوی و یکی از کاشفان پدیدهٔ پرتوزایی بود. وی درپاریس و در خانواده‌ای اهل علم زاده شد. تحصیلات خود را در پلی‌تکنیک این شهر و مدرسهٔ «پل‌ها و راه‌ها» به پایان رساند. در سال ۱۸۹۲ به کرسی استادی در موزهٔ ملّی تاریخ طبیعی پاریس انتخاب شد؛ او سوّمین نفر از خانوادهٔ بکرل بود که به این سمت برگزیده می‌شد. در سال ۱۸۹۴ مهندس ارشد وزارت راه و پل شد.

تصویر فیلم عکاسی بکرل که توسط پرتودهی به اشعهٔ یک نمک اورانیوم، تار شده‌اند. سایهٔ یک صلیب مالتی فلزی، بین فیلم عکاسی و نمک اورانیوم، به وضوح دیده می‌شود.

بکرل در سال ۱۸۹۶ در حالی‌که مشغول بررسی خاصیت فسفرسانس در نمک‌های اورانیوم بود، پدیدهٔ پرتوزایی را کشف کرد. در ۱۹۰۳ همراه ماری کوری و پیر کوری جایزه نوبل فیزیک را «به خاطر خدمات برجسته‌ای که با کشف پرتوزایی خودبه‌خودی» انجام داده بود، دریافت کرد. «بکرل» -واحد اندازه‌گیری پرتوزایی- به نام او است؛ دو چاله در ماه و مریخ هم به نام او نام‌گذاری شده‌اند.

محقق : امیرچهاردولی کلاس دوم ریاضی مدرسه ی شهید رجایی 1