Termolumineszcencia

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Fluorit termolumineszcenciája

A termolumineszcencia egy fizikai jelenség, melynek során elektromágneses sugárzásnak kitett minta később, felmelegítése során fényt bocsát ki magából. Ez a jelenség inkább szilárd anyagokra jellemző, de megfigyelhető aminosav kristályokban és komplex biológiai rendszerekben is. Robert Boyle figyelte meg először, hogy sötétben felmelegített gyémánt kék fényt bocsát ki.

A termolumineszcencia megfigyelésére szükséges egy három energiaszinttel rendelkező rendszer. Az energiaszintek a következőek: alap-, gerjesztett és a csapdaállapot. Fény vagy más sugárzással történő gerjesztés során a rendszer az alapállapotából a gerjesztett állapotba kerül. A termolumineszcencia kialakulásához szükséges esemény azonban az alap és a gerjesztett állapot közötti csapdaszinteknek a feltöltődése. A csapdákból közvetlenül nem mehetünk át alapállapotba, a gerjesztett állapottal azonban termikus egyensúlyban vannak. Így ha növeljük a hőmérsékletet, akkor a csapdából a rendszer visszakerülhet a gerjesztett állapotba. Az alapállapotba való visszajutás vezet a fotonok kibocsátásához. A csapda és a gerjesztett állapot között fennálló termikus egyensúly miatt a rendszer stabilitása függ az (Ea) aktiválási energiától,ami a két energiaszint energiakülönbsége.

A csapdából való kiszabadulás valószínűségét a következő reláció adja:

K(T)=A \cdot e^{-E_a/(k \cdot T)}

ahol A az úgynevezett preexponenciális tényező, E az aktiválási energia, k a Boltzmann-állandó, T pedig a hőmérséklet.

A termolumineszcencia mérésének lépései[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A TL mérő berendezés fő egységei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • mintatartó, amibe egy hőmérsékletszabályzó van beépítve
  • megvilágító berendezés
  • fényérzékelők
  • vezérlő és szabályzó számítógép

Mérési folyamatok a következők[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Flash gerjesztés
  • Folyamatos gerjesztés állandó hőmérsékleten
  • Gerjesztés hűtés közben

Fotoszintetikus rendszer termolumineszcenciája[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • fény (sugárzás) által gerjeszthető rendszer
  • a gerjesztett állapot fény (sugárzás) kibocsátással járó lecsengése az alapállapotba (fluoreszcencia)
  • a gerjesztett állapottal termikus egyensúlyban lévő csapdák, amelyekből az alapállapotba nincs közvetlen átmenet.

A termolumineszcencia keletkezéséhez szükséges 3. feltétel az az, hogy a csapdák jelenléte a kritikus. Csapda állapotok létrejöhetnek alacsony hőmérsékleten pigment rendszerekben. Csapdák kialakulásának lehetősége lehet még a fényindukált elektrotranszport során keletkező töltések stabilizálódása a fotoszintetikus elektron-transzportlánc redox komponensein. Ebben az esetben a csapdát egy, a gerjesztés hőmérsékletén stabil, pozitív donor és egy negatív akceptor komponensen található töltéspár alkotja.

A csapdaszintek energetikailag az alap és a gerjesztett állapot között helyezkednek el. A gerjesztett állapot és a csapda energiaszintjei közötti különbség a stabilizációs energia (szabadentalpia), ami megakadályozza, hogy a szétvált töltéspár szabadon rekombinálódjon. Egy ilyen rekombinációs folyamat során a fotoszintézis veszteséget szenved. A csapda és az alapállapot közötti energia különbség a tárolt energia (szabadentalpia), ami a fotoszintézis későbbi lépéseiben hasznosul. Elmondhatjuk hogy termolumineszcencia sávjainak a csúcshőmérsékletét a stabilizációs energia határozza meg. Tehát minél nagyobb a stabilizációs energia, annál magasabb hőmérsékleten jelenik meg a termolumineszcencia sáv.

A fotoszintetikus termolumineszcencia előnyei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Egyszerű műszerek összességéből áll
  • Az elektrontranszport folyamatokat időskála helyett hőmérsékleti skálán vizsgálhatjuk
  • A minták széles skáláján alkalmazható: inakt levelek, alga és cinobaktérium sejtek, tilakoid membránok, PSII részecskék
  • A PSII részecske majdnem minden redox komponense tanulmányozható
  • A ciklus egyes reakciói vizsgálhatóak
  • Szabad entalpia változások érzékeny az indikátora

A termolumineszcencia vizsgálatoknak vannak hátrányai is[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • A minta károsodhat
  • egyes TL sáv egy töltéspár rekombinációs tulajdonságait jellemzi
  • a hőmérséklet emelése a rekombináció sebességén kívül más tényezőket is befolyásolhat
  • a fénykibocsátás egy sok lépésből álló folyamat végeredménye, ami a TL matematikai leírását és a mért görbék analízisét igen komplikálttá teszi

Alkalmazási területek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • dozimetria
  • archeológiai kormeghatározás
  • geológiai kormeghatározás
  • élelmiszer minőség ellenőrzés
  • szilárdtestek csapdaállapotainak, szennyezőinek vizsgálata
  • elektrontranszport vizsgálatok fotoszintetikus rendszerekben

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]