Chương 8 Quang lượng tử và quang sinh học

Sự phát sóng điện từcủa vật xảy ra do quá trình nội nguyên tử, phân tử gọi là sự bức xạ. Nguồn năng lượng cung cấp và các dạng bức xạ có thể rất khác nhau, như sự phát sáng của bóng đèn điện, của đám lửa, của màn vô tuyến, của củi mục, đom đóm,. Bức xạ của vật do được đốt nóng (năng lượng cung cấp cho vật là nhiệt năng) gọi là bức xạ nhiệt.

pdf15 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 1566 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Chương 8 Quang lượng tử và quang sinh học, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
98 Chương 8 QUANG LƯỢNG TỬ VÀ QUANG SINH HỌC § 8.1. BỨC XẠ NHIỆT 8.1.1. Bức xạ nhiệt và các ñại lượng ñặc trưng Sự phát sóng ñiện từ của vật xảy ra do quá trình nội nguyên tử , phân tử gọi là sự bức xạ. Nguồn năng lượng cung cấp và các dạng bức xạ có thể rất khác nhau, như sự phát sáng của bóng ñèn ñiện, của ñám lửa, của màn vô tuyến, của củi mục, ñom ñóm,... Bức xạ của vật do ñược ñốt nóng (năng lượng cung cấp cho vật là nhiệt năng) gọi là bức xạ nhiệt. Sự bức xạ nhiệt của các vật trong một hệ cô lập có ñặc ñiểm là hệ sẽ ñạt ñến trạng thái cân bằng nhiệt (mọi vật của hệ có cùng nhiệt ñộ). ðể ñặc trưng cho quá trình bức xạ nhiệt người ta ñưa ra một số ñại lượng sau: - Vật bức xạ phát ra các sóng ñiện từ có bước sóng khác nhau, nếu tách ra xét một khoảng không lớn của bước sóng, từ λ ñến λ + dλ thì năng lượng do một diện tích dS của bề mặt vật phát ra trong một ñơn vị thời gian cho khoảng này là dE λ sẽ tỷ lệ với ñộ rộng của khoảng dλ và dS . Ta viết: dE λ = r λ. dλ.dS (8.3) r λ gọi là năng suất bức xạ của vật ở bước sóng λ , trong hệ SI có ñơn vị ño là w/ m 3 . - ðại lượng: ∫ ∞ λ λ⋅= 0 drR (8.4) là năng lượng mà một ñơn vị diện tích bề mặt vật bức xạ phát ra trong một ñơn vị thời gian, ứng với mọi bước sóng có thể có của bức xạ; ðược gọi là năng suất bức xạ toàn phần hay ñộ trưng của vật bức xạ. - Khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của vật ở một khoảng bước sóng dλ. gần bước sóng λ nào ñó ñược ñặc trưng bởi hệ số hấp thụ a λ ; ðược ño bằng tỷ số giữa năng lượng bức xạ hấp thụ bởi vật dE/ λ và năng lượng bức xạ chiếu ñến vật dE λ ứng với khoảng bước sóng ñó: a λ = dE dE / λ λ (8.5) Vui hoc 24h .vn 99 Như vậy a λ có giá trị từ 0 ñến 1 - Vật có hệ số hấp thụ bằng 1 ñối với mọi bước sóng gọi là vật ñen tuyệt ñối; Nó hấp thụ mọi bức xạ chiếu tới. Trong tự nhiên không tồn tại vật ñen tuyệt ñối. Người ta ñưa ra mãu vật ñen tuyệt ñối là một lỗ nhỏ của một vật rỗng (hình 8.1). ánh sáng chiếu vào lỗ sẽ phản xạ và hấp thụ nhiều lần ở thành vật và rất ít có khả năng ra khỏi lỗ. 8.1.2. ðịnh luật Kirchhoff về bức xạ nhiệt - Giữa năng suất bức xạ và hệ số hấp thụ của vật có mối liên hệ xác ñịnh. Ta có thể thấy ñiều ñó qua ví dụ sau : Trong một bình cách nhiệt, chân không, có các Hình 8.1 vật khác nhau về bản chất, toàn bộ hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt, tức là nhiệt ñộ như nhau (hình 8.2). Các vật chỉ trao ñổi năng lượng bằng bức xạ nhiệt. Như vậy trong cùng một khoảng thời gian, mỗi vật sẽ hấp thụ và bức xạ một năng lượng như nhau, vật phát ra bức xạ nào nhiều. thì cũng hấp thụ nhiều chính bức xạ ñó. Mối liên hệ ñịnh lượng giữa năng suất bức xạ và hệ số hấp thụ của các vật ñã ñược xác lập bởi Kirchhoff vào năm 1895: Ở nhiệt ñộ như nhau, với mỗi bước sóng xác ñịnh, tỷ số giữa năng suất bức xạ và hệ số hấp thụ là như nhau ñối với mọi vật. ( λ λ a r )1 = ( λ λ a r )2 = ... = ( λ λ a r )n = 1 eλ (8.6) Hình 8.2 Ở ñây e λ là năng suất bức xạ của vật ñen tuyệt ñối. ðịnh luật (8.6) có thể viết dưới dạng: r λ = a λ. e λ (8.7) Từ ñịnh luật ta thấy vật ñen tuyệt ñối là vật bức xạ mạnh nhất. 8.1.3. Giả thuyết Planck a) Quy luật thực nghiệm về năng suất bức xạ của vật ñen tuyệt ñối A1 A2 A3 Vui hoc 24h .vn 100 Tập hợp tất cả các bức xạ có bước sóng khác nhau mà vật phát ra gọi là phổ bức xạ của vật ñó. Thực nghiệm cho thấy phổ bức xạ của vật ñen tuyệt ñối là liên tục và có một cực ñại (hình 8.3). Từ ñường cong thực nghiệm ta có thể rút ra một số nhận xét: - Khi tăng nhiệt ñộ của vật bức xạ thì cực ñại phổ bức xạ dịch chuyển về phía sóng ngắn - Năng suất bức xạ toàn phần do vật ñen tuyệt ñối phát ra Rden ∫ ∞ λ λ= 0 d.r , ứng với mọi bước sóng có thể có, ñược tính theo diện tích giới hạn bởi ñường cong e λ và trục hoành. Ta thấy Rden tăng theo nhiệt ñộ của vật ñen. b) Giả thuyết Planck Trải qua một thời gian dài không có một lý thuyết về bức xạ nhiệt nào phù hợp với kết quả thực nghiệm. ðến năm 1900 Planck ñã giải quyết ñược vấn ñề này. Khác với vật lý cổ ñiển coi sự phát và hấp thụ bức xạ của vật ñen như quá trình liên tục; Planck ñưa ra giả thuyết rằng vật ñen tuyệt ñối bức xạ và hấp thụ năng lượng không liên tục mà bằng những phần gián ñoạn xác ñịnh, gọi là lượng tử năng lượng; lượng tử năng lượng ứng với bức xạ có tần số ν hay bước sóng λ của bức xạ là: ε = hν = λ hc (với h là hằng số Planck, h = 6,625.10-34 Js, c là vận tốc ánh sáng trong chân không) . Từ ñó Planck ñã nhận ñược công thức: 1 12 5 2 , − = λ λ λ pi kT hcT e hc e (8.9) Với k là hằng số Bonltzmann. ðường cong biểu diễn công thức (8.9) hoàn toàn phù hợp với ñường cong thực nghiệm. Sử dụng công thức (8.9), có thể viết lại công thức (8.7) dưới dạng: Hình 8.3 λ 1λ 2λ 3λ T1 T2 T3 T1 > T2 > T3 T eλ Vui ho 24h .v 101 1 12 5 2 − = λ λλ λ pi kT hc e hc ar 8.1.4. Một số ñịnh luật bức xạ của vật ñen tuyệt ñối Từ công thức của Planck có thể tìm lại các ñịnh luật thực nghiệm về bức xạ của vật ñen tuyệt ñối ñã ñược xác lập trước ñó: - Ta có: Rden = 2pihc2 ∫ ∞ λ −λ λ 0 kT/hc5 )1e( d Nếu ñổi biến x = λkT hc thì Rden = ∫ ∞ − pi 0 x 3 32 44 1e dxx hc Tk2 Lấy tích phân và nhân với giá trị các hằng số ta ñược: Rden = σ. T4 (8.10) ðây là ñịnh luật ñã ñược Stefan- Boltzmann tìm ra bằng thưc nghiệm; Với σ = 5,6696.10-8 (w/ m2. 0K4 gọi là hằng số Stefan- Boltzmann. ðịnh luật cho thấy : Năng suất bức xạ toàn phần của vật ñen tuyệt ñối tỷ lệ với luỹ thừa 4 của nhiệt ñộ tuyệt ñối của vật. - Hàm e λ ở công thức (8.9) có cực ñại, sử dụng ñiều kiện 0 d de = λ λ ta tìm ñược ñịnh luật thực nghiệm của Wein về bước sóng λm ứng với cực ñại của năng suất bức xạ của vật ñen: λ m = T b (8.11) Với b = 0,28987.10-2 m.0K gọi là hằng số Wein ðịnh luật Steffan- Boltzmann và Wein cho phép xác ñịnh nhiệt ñộ của vật khi ño phổ bức xạ của chúng. Việc tìm lại ñược các ñinh luật thực nghiệm từ công thức Planck chính là một minh chứng nữa cho sự ñúng ñắn của giả thuyết và công thức Planck. 8.1.5. Sự bức xạ nhiệt của hệ sinh vật. Ứng dụng của nguồn bức xạ Mặt trời và nguồn tia hồng ngoại a) Sự bức xạ nhiệt của hệ sinh vật Vui ho 24h .vn 102 Con người và các ñộng vật sống giữ ñược ở một nhiệt ñộ xác ñịnh nhờ khả năng ñiều chỉnh thân nhiệt; Tuy vậy luôn xảy ra quá trình trao ñổi nhiệt giữa cơ thể sống với môi trường. Sự trao ñổi nhiệt xảy ra bằng nhiều cách như sư truyền nhiệt, sự ñối lưu, bay hơi hay bức xạ, hấp thụ. Các quá trình này cũng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như trạng thái cơ thể (nhiệt ñộ, tính linh hoạt, ...), trạng thái môi trường (nhiệt ñộ, ñộ ẩm, sự chuyển ñộng của không khí,...), vào quần áo (màu sắc, bề dày,...). Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng 50% nhiệt mà cơ thể mất là do quá trình bức xạ vào môi trường; Công suất nhiệt mất mát cho môi trường ñược tính theo công thức: P = S.σ (T14 – T04 ) (8.12) Với S là diện tích tiếp xúc với môi trường, T1 là nhiệt ñộ cơ thể, T0 là nhệt ñộ môi trường. Công thức này cho thấy việc che phủ ñể giảm sự tiếp xúc bề mặt da của gia súc với môi trường trong những ngày giá rét có ý nghĩa rất quan trọng. Sự bức xạ nhiệt của cơ thể sinh vật cũng phụ thuộc vào ñộ nóng của từng vùng, ở những vùng có viêm, u,...thường có nhiệt ñộ cao. Vì vậy việc ghi lại bức xạ nhiệt của các phần khác nhau trên bề mặt cơ thể người, gia súc sẽ là một phương pháp ñể chẩn ñoán bệnh trong y học và trong ngành thú y. b) Ứng dụng của nguồn bức xạ mặt trời và nguồn tia hồng ngoại - Mặt trời là nguồn bức xạ nhiệt mạnh nhất, tạo ra sự sống trên trái ñất. Thông lượng bức xạ của mặt trời ñến trái ñất là 1350w/m2 , với cực ñại của phổ bức xạ λm = 0,47 µm, từ ñó có thể tính gần ñúng nhiệt ñộ bề mặt bức xạ của Mặt trời theo ñịnh luật Vin là 6150 0K. Nhờ nguồn bức xạ mặt trời mà thực vật thực hiện ñược quá trình quang hợp. Trong y học bức xạ mặt trời sử dụng ñể chữa bệnh. Trong nông nghiệp bức xạ mặt trời dùng ñể phơi khô sản phẩm một cách tự nhiên hoặc ñể sấy bảo quản các loại củ, quả,... dựa theo hiệu ứng lồng kính. - Bức xạ hồng ngoại có bước sóng từ 0,76 µm ñến vùng sóng vô tuyến ngắn 1→ 2 mm. Dựa theo ñịnh luật Vin ta có thể tính ra nhiệt ñộ của vật phát bức xạ hồng ngoại từ 1,5 0K ñến 3800 0K; ðiều này có nghĩa là ở ñiều kiện bình thường , tất cả các vật rắn, lỏng ñều là các nguồn bức xạ hồng ngoại. Các nguồn bức xạ hồng ngoại có công suất lớn ñược sử dụng trong sấy sản phẩm chất lượng cao (thóc giống, các loại hải sản xuất khẩu,...), dùng ñể sưởi ấm và chữa bệnh,... §8.2. HIỆN TƯỢNG QUANG ðIỆN VÀ ỨNG DỤNG 8.2.1. Hiện tượng quang ñiện Hiện tượng quang ñiện là hiện tượng xảy ra khi chiếu ánh sáng thích hợp vào một vật làm nó phát ra electron (gọi là hiện tượng quang ñiện ngoài) hoặc bứt electron khỏi liên kết Vui o 2 4 .v n 103 thành electron tự do trong vật, dẫn ñến làm thay ñổi tính dẫn ñiện của vật, hay làm xuất hiện một suất ñiện ñộng trong vật (gọi là hiện tượng quang ñiện trong). Dưới ñây ta xét chi tiết hơn hiện tượng ñó: - Hiện tượng quang ñiện ngoài khi quan sát ở chất khí trên các nguyên tử, phân tử riêng biệt chính là sự quang ion hoá. - Hiện tượng quang ñiện ngoài ở kim loại là quá trình electron tự do của kim loại hấp thụ phôton của ánh sáng nên tăng ñộng năng, electron này chuyển ñộng ñến bề mặt và bứt khỏi kim loại. Quá trình này ñược mô tả ñịnh lượng bằng phương trình Einstein: hν = A + 2 mv 2 (8.1) Ở ñây hν là năng lượng của phôton, 2 mv 2 là ñộng năng của electron bay ra khỏi kim loại, A là công bứt electron. Theo hệ thức trên, hiện tượng quang ñiện chỉ xảy ra khi tần số hay bước sóng λ của bức xạ chiếu tới kim loại thoả mãn: hν = λ hc ≥ A Giá trị giới hạn của tần số ν0 hay bước sóng λ0 ñể có hiện tượng quang ñiện xác ñịnh theo hệ thức: hν0 = 0 hc λ = A Tức là: A hc = λ0 (8.2) λ0 gọi là giới hạn quang ñiện của kim loại - Ở hiện tượng quang ñiện trong, khi chiếu ánh sáng vào chất bán dẫn hay ñiện môi mà năng lượng của phôton ñủ ñể bứt electron khỏi liên kết thành electron tự do thì kết quả là ñộ dẫn ñiện của chất tăng lên. Cũng tương tự, khi chiếu ánh sáng thích hợp vào tiếp xúc p – n thì sẽ tạo ra các cặp electron tự do và lỗ trống; ðiện trường tiếp xúc của p – n sẽ làm lỗ trống chuyển dời sang bán dẫn p, electron sang bán dẫn n, kết quả là tạo ra một suất ñiện ñộng quang ñiện. 8.2.2. Ứng dụng của hiện tượng quang ñiện Dụng cụ phổ biến nhất ứng dụng hiện tượng quang ñiện ngoài là tế bào quang ñiện; ðó là một bình chân không, bên trong ñặt hai ñiện cực là anốt và katốt (nhạy với ánh sáng). Vui hoc 24h .vn 104 Khi chiếu ánh sáng thích hợp vào katốt thì các electron ở katốt bị bứt ra và chuyển dời về anốt tạo nên dòng quang ñiện. Trong các tế bào quang ñiện ñặc biệt người ta lắp thêm các ñiện cực ñể phát electron thứ cấp và các bộ phận khuếch ñại ñể tăng dòng quang ñiện lên nhiều lần. Trong sinh học các thiết bị này ñược dùng ñể ghi lại các phát quang sinh học yếu. Ngoài ra người ta còn dùng các tế bào quang ñiện nhạy với tia hồng ngoại ñể ghi lại các vùng nóng không nhìn thấy trên bề mặt vật; Thiết bị này có thể dùng ñể chẩn ñoán bệnh cho người và gia súc. Khi chụp ảnh chẩn ñoán bệnh bằng tia Roentgen, thường phải sử dụng cường ñộ yếu ñể không ảnh hưởng ñến cơ thể; Do vậy ñể có ñược ảnh rõ nét người ta ứng dung hiện tượng quang ñiện ngoài ñể biến ñổi ảnh từ vùng phổ này sang vùng phổ khác. Thiết bị ứng dụng hiện tượng quang ñiện nội khi chiếu ánh sáng mặt trời vào tiếp xúc p – n gọi là pin mặt trời, ñây là thiết bị biến ñổi quang năng thành ñiện năng có hiệu suất cao và ñược dùng làm nguồn cung cấp ñiện năng cho các vùng xa xôi hẻo lánh hay các thiết bị trên tàu vũ trụ, trên vệ tinh nhân tạo,... Các quang trở ứng dụng hiện tượng quang dẫn lại dùng nhiều trong các hệ thống ñiều khiển tự ñộng. §8.3. HẤP THỤ ÁNH SÁNG VÀ ỨNG DỤNG Hình 8.4 - Cường ñộ ánh sáng truyền tới môi trường vật chất có thể giảm do phản xạ, do sự tán xạ bởi nguyên tử, phân tử vật chất và một phần biến thành nhiệt ñốt nóng môi trường. Phần năng lượng biến thành nhiệt ñó ñược gọi là phần bị môi trường hấp thụ. - ðể xác lập ñịnh luật hấp thụ, ta giả sử chiếu một chùm sáng ñơn sắc cường ñộ I0 vào lớp môi trường giới hạn bởi hai mặt phẳng song song, có bề dầy l . - Xét một lớp môi trường ñủ mỏng dx, khi ñó mức ñộ làm yếu cường ñộ sáng dI sẽ càng lớn nếu bề dầy lớp môi trường càng lớn và cường ñộ sáng I chiếu vào lớp càng lớn; Tức là: dI = - kI dx hay: I dI = - k dx i i+ di dx Io 0 I Vui hoc 24h .vn 105 k là hệ số tỷ lệ dương, phụ thuộc bản chất của môi trường và bước sóng ánh sáng, gọi là hệ số hấp thụ của môi trường. Dấu (-) thể hiện cường ñộ sáng qua môi trường giảm. Lấy tích phân hai vế với các giới hạn tương ứng (như hình vẽ 8.4) ta có: ∫∫ −= l 0 I I kdx I dIl 0 ⇒ lk0l eII − = (8.13) ðây chính là công thức của ñịnh luật Buger: Khi bề dầy môi trường tăng theo cấp số cộng thì cường ñộ sáng qua môi trường giảm theo cấp số nhân. - ðối với môi trường hấp thụ là dung dịch, thực nghiệm cho thấy khi dùng dung dịch loãng, hệ số hấp thụ k tỷ lệ với nồng ñộ dung dịch C, tức là: k = αC (8.14) Với α là hệ số tỷ lệ phụ thuộc bước sóng và chất hoà tan trong dung dịch gọi là năng suất hấp thụ của chất tan. Thay (8.14) vào ñịnh luật Buger (8.13) ta ñược ñịnh luật Buger – Beer: lc 0l e.II α− = (8.15) ðại lượng D = lg ( I I 0 ) = α.C.l gọi là mật ñộ quang Với dung dịch gồm nhiều chất hoà tan có nồng ñộ mỗi chất là C1, C2, ..., Cn thì mật ñộ quang của dung dịch: D = D1 + D2 + .... + Dn = (α1 C1 + α2 C2 + ... + αn Cn).l Ở ñây αi là năng suất hấp thụ riêng của các chất tương ứng ðịnh luật Buger – Beer ñược ứng dụng nhiều trong sinh học, y học. Chẳng hạn ñể xác ñịnh nồng ñộ các dung dịch sinh học, hay xác ñịnh lượng ô xy huyết sắc tố, ... §8.4. SỰ PHÁT QUANG VÀ ỨNG DỤNG 8.4.1. Một số khái niệm Hầu hết các vật khi bị kích thích bằng các tác nhân vật lý hay hoá học,...thì có thể phát bức xạ. Trong toàn bộ các bức xạ mà vật phát ra, có một phần là bức xạ nhiệt, một phần là bức xạ phản xạ, tán xạ và phần dư lại là phát quang. Bức xạ phản xạ và tán xạ sẽ tắt ngay (trong khoảng 1 chu kỳ dao ñộng của bức xạ, khoảng 10-10 s) sau khi ngừng kích thích vật, nhưng bức xạ phát quang vẫn kéo dài lâu hơn (từ vài chu kỳ của dao ñộng của bức xạ cho ñến vài ngày). Vui hoc 24h .vn 106 Vì vậy có thể ñịnh nghĩa: Phát quang là hiện tượng phát bức xạ còn dư ngoài bức xạ nhiệt của một vật và bức xạ còn dư ñó kéo dài một thời gian lâu hơn một chu kỳ dao ñộng của bức xạ sau khi ngừng kích thích. Phát quang là quá trình phát bức xạ không cân bằng, tức là không có sự cân bằng nhiệt giữa vật phát quang và các vật xung quanh. Có thể phân loại hiện tượng phát quang theo năng lượng cung cấp cho vật: Quang phát quang, hoá phát quang,... Ta chỉ giới hạn xét hiện tượng quang phát quang, khi ñó dựa theo thời gian kéo dài phát quang, người ta lại phân chia thành: - Huỳnh quang : Nếu sự phát quang tắt ngay sau khi ngừng kích thích (mắt không phát hiện ñược) - Lân quang : Nếu sự phát quang còn kéo dài (mắt phát hiện ñược) sau khi ngừng kích thích vật. Tuy nhiên sự phân chia như vậy cũng chỉ có tính chất tương ñối. Người ta còn phân loại phát quang dựa theo sự phụ thuộc của thời gian kéo dài phát quang vào nhiệt ñộ. Theo cách phân loại này, nếu thời gian kéo dài phát quang không phụ thuộc vào nhiệt ñộ thì ñó là huỳnh quang; Nếu thời gian kéo dài phát quang phụ thuộc nhiệt ñộ thì ñó là lân quang. Phát quang còn ñược phân loại theo cường ñộ bức xạ hay phổ bức xạ mà vật phát ra. 8.4.2. Các quy luật về huỳnh quang a) Quy luật về thời gian phát sáng trung bình Sau khi ngừng kích thích vật phát quang, thì cường ñộ ánh sáng phát quang I giảm theo thời gian t theo quy luật hàm luỹ thừa: I = I0 e – t /τ (8.16) Với I0 là cường ñộ sáng tại t = 0, τ gọi là thời gian phát sáng trung bình; ðó là khoảng thời gian mà sau ñó cường ñộ ánh sáng phát quang giảm ñi e lần: I = e I 0 Trong hiện tượng huỳnh quang, thời gian phát sáng trung bình τ không phụ thuộc nhiệt ñộ vật phát quang và có trị số từ 10 -9 ñến 10 -4 s b) ðịnh luật Stock Hình 8.5 )(nmλ pqλ htλ H.Q HT E O V i hoc 24h .v 107 Thực nghiệm cho thấy không phải mọi bức xạ ñơn sắc ñều kích thích ñược sự phát quang của một chất mà chỉ những bức xạ ñơn sắc nằm trong miền hấp thụ của chất ñó mới có thể kích thích ñược sự phát quang. Với các chất rắn, lỏng, khí và dung dịch thì các bức xạ bị vật hấp thụ trải một cách liên tục trong một miền quang phổ gọi là phổ hấp thụ của chất ñó. Phổ hấp thụ của mỗi chất có một cực ñại xác ñịnh. Khi kích thích vật phát quang (dù chỉ bằng một bức xạ ñơn sắc nằm trong miền hấp thụ) thì vật cũng phát ra một loạt bức xạ trải một cách liên tục trong một miền quang phổ, gọi là phổ phát quang của chất. Khi nghiên cứu phổ hấp thụ và phát quang, Stock ñã tìm ñược ñịnh luật: Cực ñại của phổ phát quang của một chất bao giờ cũng ở một bước sóng lớn hơn bước sóng ứng với cực ñại của phổ hấp thụ của chất ñó (hình 8.5). c) ðịnh luật Vavilop Người ta ñịnh nghĩa hiệu suất phát quang η là tỷ số giữa năng lượng phát quang EPq và năng lượng hấp thụ Eht của vật: η = ht pq E E η có thể nhận giá trị từ 0 ñến 1 và ñối với một chất thì η phụ thuộc vào bước sóng λ của bức xạ kích thích. Vavilop ñã xét hiệu suất phát quang ứng với một bước sóng λ0 của ánh sáng phát quang khi thay ñổi bước sóng kích thích λ và tìm ñược quy luật: Hiệu suất phát quang tăng tỷ lệ với bước sóng kích thích cho ñến trị số λ = λ0 thì hiệu suất phát quang bằng 1 sau ñó hiệu suất phát quang giảm ñột ngột xuống bằng 0 (hình 8.6). d) Quy luật làm tắt phát quang Khi một chất ñang phát quang người ta thấy hiệu suất phát quang thay ñổi mạnh khi thayñổi nồng ñộ chất phát quang, nồng ñộ tạp chất, ñộ PH của môi trường, nhiệt ñộ, .... Hình 8.6 Nếu hiệu suất phát quang giảm do nguyên nhân nào thì người ta nói có sự làm tắt phát quang vì lý do ñó. λ 0 0.2 0.4 0.6 1.0 0λ 0.8 η Vui hoc 24h .vn 108 Chẳng hạn nếu tăng nồng ñồng dung dịch phát quang ñến một giới hạn sẽ xảy ra làm tắt phát quang do nồng ñộ; Như dung dịch Fluoretxein trong nước bị tắt phát quang khi nồng ñộ C > 4.10-3 M. Nhiều dung dịch bị làm tắt phát quang do pha thêm tạp chất, .... e)Ứng dụng của huỳnh quang trong sinh học - Trong nghiên cứu sinh học, phân tích phổ huỳnh quang giúp cho việc xác ñịnh một cách ñịnh tính cũng như ñịnh lượng các thành phần chứa trong dịch chiết sinh học hoặc xác ñịnh nồng ñộ các loại vitamin (trừ vitamin C không phát quang). - Phổ kích thích huỳnh quang ñược ứng dụng trong nghiên cứu sự vận chuyển năng lượng giữa các phân tử sinh vật, .... 8.4.3. Sự phát quang cưỡng bức. ứng dụng của tia laser Khi chiếu bức xạ ñiện từ vào một môi trường bức xạ gồm các nguyên tử, phân tử ở trạng thái kích thích (môi trường kích hoạt) thì các nguyên tử, phân tử của môi trường sẽ chuyển mức năng lượng và phát ra một tập hợp các bức xạ có cùng tần số, cùng phân cực, cùng pha với bức xạ kích thích. Kết quả là cường ñộ tổng hợp của bức xạ ñược sinh ra sẽ lớn hơn rất nhiều so với cường ñộ bức xạ chiếu vào ban ñầu. Sự phát quang như vậy gọi là phát quang cưỡng bức. Bức xạ phát ra ở dải tần sóng vô tuyến gọi là maser còn ở dải tần ánh sáng nhìn thấy gọi là laser. Bức xạ laser có tính chất ñặc biệt là bó lại trong một tia hẹp, ít bị nở ra theo khoảng cách truyền ñi. Tia laser có ñộ ñơn sắc cực kỳ cao, có khả năng hội tụ vào một diện tích cực kỳ hẹp (cỡ λ2) nên tạo ñược một cường ñộ bức xạ cực kỳ cao. Có nhiều ứng dụng trong thực tế dựa trên v