مطالبی در مورد فلورسانس و فسفرسانس

به هر پديده اي فيزيكي كه در آن از طريقي به جزء افزايش دماي صرف يك ماده نور توليد شود لومينانس گوييم.اين واژه از واژه ي يوناني لومينوس به معني درخشان گرفته شده است. اين پديده با ساختار اتمي ماده د ارتباط مي باشد. بدرستي مشخص نيست از چه زمان براي انسان اين پديده شناخته شده است ،اما مسلما از گذشته هاي دور ،نور افشاني بعضي از مواد در اثر حرارت آتش ويا هنگام شكسته شدن سنگ ها توجه بشر را به خود جلب كرده است.پديده لومينانس بطور عموم به تابش نور توسط يك ماده اطلاق مي شود. خود شامل دو نوع تابش مي باشد.

1-فلورسانس     2- فسفرسانس

فسفر سانس وفلورسانس پديده هايي هستند كه در آنها يك ماده خاص كه بطور عام به آن فسفر گفته مي شود پس از قرار گرفتن در مقابل نور مرئي يا غيرمرئي يا عواملخارجي نظير ضربه خوردن ،گرم شدن ،مالش وخراش اين را در خود ذخيره مي كند وسپس آن انرژي را به صورت طيفي از امواج مرئي در طول مدت زماني منتشر مي كند،اگر اين را بعنوان شباهت اين دو پديده باشد تفاوت آنها در اختلاف زماني بين اين دودريافت تابش يا بعبارت ديگر دوام تابش است. اگر زمان تحريك كمتر از 10 به توان 8- ثانيه باشد ،اين پديده را فلورسانس گوييم واگر زمان تحريك بيش از 10 به توان 8- ثانيه باشد آن را فسفرسانس مي ناميم.به عبارتي در فسفرسانس تحريك طولاني تر وتشعشع طولاني تري داريم ودر فلورسانس تحريك كوتاه تر وتشعشع كوتاهتري داريم.اين نور افشاني سرد ورنگين است و ارتباطي به سوختن ،اكسيداسيون ويا توليد حرارت ندارد. در فلورسانس كه نمونه آن نور لامپ فلورسنت خانگي (مهتابي) يا صفحه تلويزيون است تابش آني است وتقريبا بلافاصله بعد از قطع نور تمام مي شود. در حاليكه در فسفرسانس كه نمونه آن اسباب بازيها ووسايل شب نما است ماده پس از قطع نور نيز تا مدتي به تابش ادامه مي دهد كه مقدار آن بسته به ماده مورد استفاده دارد كه مي تواند از چند ثانيه تا چند روز وحتي چند سال طول بكشد.

براي اولين بار جورج استوكس در اوايل سال 1800ميلادي در يافت فلوريت (يك نوع سنگ) در نتيجه ي قرار گرفتن در معرض تابش نور فرابنفش خورشيد رنگ فلورسنت آبي از خود نشان مي دهد.پس از مطالعات مفصل نام فلورسانس را از كاني فلوريت الهام گرفت. بر اين اساس كاني ها وموادي كه اين ويژگي را به نمايش مي گذارند فلورسنت ناميده مي شوند.

نور افشاني لومينانس پس از قطع تابش نور فسفرسانس ناميده مي شود. اين نام تنها به دليل شباهت ظاهري اين پديده به نورحاصل از سوختن فسفر در تاريكي براي آن انتخاب شده است اما ارتباطي با فسفر ندارد.برخي از مواد وكاني ها براي چند لحظه فسفرسانس هستند در حاليكه برخي ديگر براي مدتطولاني به نور دهي (ولو به شدت ناچيز) ادامه مي دهند. بعضي از كاني ها تا چند سال پس از تابش نيز به نور افشاني خود ادامه مي دهند.

اساس پديده لومينانس همان برانگيختگي الكترون هاست. مي دانيد كه در يك اتم الكترونها در وضعيت هاي انرژي مختلفي نسبت به هسته قرار دارد كه به آنها تراز هاي الكتروني گفته مي شود ويژگي هر تراز انرژي معلوم ومشخص آن است كه با افزايش فاصله تراز از هسته افزايش مي يابد. يك الكترون تنها در اين ترازها وبا انرژي هاي ويژه مي تواند به دور هسته بچرخد ونمي تواند هر انرژي دلخواهي داشته باشد.در وضعيت عادي كه هيچ انرژي اضافي وجود ندارد الكترونها به ترتيب ترازهاي انرژي اتم را از پايين به بالا پر مي كنند وبه ترازي كه هر الكترون در اين وضعيت اشغال مي كند تراز پايه اي آن گفته مي شود كه پايدارترين وضع براي آن است.

اگر در اين حالت يكي از الكترونها كه معمولا الكترون تراز آخر است به هر طريقي از جنبش هاي گرمايي گرفته تا برخورد فوتون وذره انرژي مي گيرد واين انرژي با اختلاف انرژي تراز پايه با يكي از ترازهاي بالاتر برار باشد الكترون انرژي را جذب مي كند وبا احتمال مشخصي به تراز بالاتر مي رود.در اين وضعيت الكترون برانگيخته شده است اما از آنجا كه حالت پايه پايدارتر است اين گذار وبرانگيختگي معمولا زياد طول نمي كشد والكترون به سرعت  از تراز انرژي پايه به تراز انرژي ديگري كه انرژي كمتري دارد بر مي گردد.در ضمن اين فرايند اختلاف انرژي دو تراز را بصورت يك فوتون كه فركانس آن به اين اختلاف انرژي وابسته است آزاد مي كند. اگر فركانس اين تابش در محدوده نور مرئي قرار بگيرد ما آن را بصورت تابش لومينانس خواهيم ديد. در شكل زير تفاوت تراز هاي الكتروني در پديده فلورسانس نشان داده شده است .همانطور كه مشخص است در فلورسانس كل ماجراي برانگيختگي ميان دو تراز اصلي ميان انرژي هاي E1وٍٍٍE2 اتفاق مي افتد كه جابجايي بين آنها كاملا آزاد است. الكترون با دريافت انرژي بر انگيخته شده وبه تراز انرژي E2    مي رود.پس از زماني حدود 10 بتوان 8- ثانيه دوباره به تراز اول بر مي گردد وفوتوني با انرژي E2  منهايE1 E2-E1)) تابش مي كند. بر اساس قانون لومينانس در هر جسم فلورسنت همواره طول موج نور فلورسنت ايجاد شده از طول موج پرتو هاي پر انرژي تحريك كننده بلند تر است يعني انرژي كمتري دارد .پرتو افشاني فلورسانس تا بازگشت كامل تمام الكترونها به مدار هاي اوليه شان ادامه مي يابد.

و اما،در فسفرسانس ماجرا به خاطر وجود يك تراز مياني اندكي پيچيده تر است.

اين تراز كه بين تراز انرژي پايه وبرانگيخته قرار دارد تراز انرژيي نيمه پايدارناميده ميشود ومانند يك دام يا تله براي الكترونها عمل مي كند زيرا طبق قوانين حاكم بر گذارهاي اتمي به  خاطر شرايط خاص اين تراز انتقال الكترون از آن به ساير تراز هاي ممنوع و احتمال آن بسيار كم است. بنابراين اگر الكتروني پس از برانگيختگي از ترازE2   در دام تراز نيمه پايدار بيفتد آنقدر آنجا مي ماند تازماني كه طريق ديگري دوباره بر انگيخته شود وبه تراز انرژي  E2  برگردد. اين اتفاق مي تواند تحت تاثير جنبش هاي گرمايي اتمها با ملكول مجاور ويا بر انگيختگي نوري مثلا جذب نور مادون قرمز روي دهد .اما احتمال وقوع آن بسيار كم است وبه همين دليل چنين الكترونهايي تا مدتها در تراز مياني مي مانند كه اين مدت به ساختار اتمي ماده وشرايط محيطي بستگي دارد وهمين ،عامل تاخير در باز تابش بخشي از انرژي در يافت شده است. شكل زير بيانگر بهتري براي فسفرسانس است.مثال عيني از پديده ي فسفر سانس ،كر مهاي شب تاب مي باشند.

از بين مواد فلورسانس مي توان به روي سولفيد اشاره نمود كه در پوشش داخلي لامپهاي مهتابي خانگي كاربرد دارد.

آلومينات استرانسيم از جديد ترين مواد فسفرسانس مي باشد كه در تهيه وسايل اسباب بازي كاربرد دارد.بعضي مواقع ممكن است شما موادي را ببينيد كه مي درخشند ولي به انرژي احتياجي ندارند !يكي از مثالها بر روي عقربه هاي ساعت هاي گران قيمت است .در آنها مادهي فسفرسانس را با يك عنصر راديو اكتيو سبك مثل راديوم مخلوط مي كنند تا تشعشع دائمي اين ماده راديو اكتيو نقش نور شارژ كننده ماده فسفر سانس را بازي كند.

امروزه بسياري از كارخانه ها با بهره گيري ازرنگهاي مخلوط با مواد فسفرسانس كه رنگهاي شب تاب نيز ناميده مي شوند،در محصولات خود با رقباي سنتي خود رقابت مي كنند. برخي از كاربرد هاي ابتكاري كه با استفاده از اين رنگها انجام مي شود به شرح زير است:

1-چاپ سيلك روي پارچه و ...

2-پوشش مجسمه

3-ساخت اسباب بازي

4-به عنوان رنگ در تزريق پلاستيك

5-ساخت گل مصنوعي كه در شب نور ميدهند

6-علائم هشدار دهنده

7-رنگ آميزي ساختمان

8-نقاشي ماه ستاره و .... در سقف اتاق

 

Spectroscopy

Spectroscopy was originally the study of the interaction between radiation and matter as a function of wavelength (λ). In fact,
historically, spectroscopy referred to the use of visible light dispersed according to its wavelength, e.g. by a prism. Later the concept was expanded greatly to comprise any measurement of a quantity as function of either wavelength or frequency. Thus it also can refer to interactions with particle radiation or to a response to an alternating field or varying frequency (ν). A further extension of the scope of the definition added energy (E) as a variable, once the very close relationship E=hν for photons was realized. A plot of the response as a function of wavelength — or more commonly frequency — is referred to as a spectrum; see also spectral linewidth.

Spectrometry refers to when a spectroscopic technique is used to assess the concentration or amount of a given species. In those cases, the instrument that performs such measurements is a spectrometer or spectrograph.

Spectroscopy/spectrometry is often used in physical and analytical chemistry for the identification of substances through the spectrum emitted from or absorbed by them.

Spectroscopy/spectrometry is also heavily used in astronomy and remote sensing. Most large telescopes have spectrometers, which are used either to measure the chemical composition and physical properties of astronomical objects or to measure their velocities from the Doppler shift of their spectral lines.



to be countineued

تصويربرداري رزونانس مغناطيسي(MRI) چيست؟

ام.آر.آي يا تصويربرداري رزونانس مغناطيسي تكنيك نسبتا جديدي است كه از آغاز دهه 1980 مورد استفاده قرار گرفته است.       تصويربرداري رزونانس مغناطيسي(MRI) چيست؟

ام.آر.آي يا تصويربرداري رزونانس مغناطيسي تكنيك نسبتا جديدي است كه از آغاز دهه 1980 مورد استفاده قرار گرفته است.
در اسكن هاي ام. آر.آي از امواج مغناطيسي و راديويي يا هرگونه پرتو غيراشعه ايكس استفاده مي شود و لذا فرد در معرض اشكال زيانبار پرتو قرار نمي گيرد.

نحوه كار اسكنر ام.آر.اي:

در اين روش بيمار در داخل يك آهن رباي لوله اي شكل بزرگي قرار مي گيرد سپس امواج راديويي 10 هزار تا 30 هزار برابر قوي تر از ميدان مغناطيسي زمين به بدن او ارسال مي شود.
اين امواج اتم هاي بدن را تحت تاثير قرار مي دهد به طوري كه هسته اتم ها در موقعيت متفاوتي قرار مي گيرند.
با بازگشت به حالت اول ; هسته اتم ها امواج راديويي خود را ساطع مي كنند.
اسكنر اين سيگنال ها را دريافت كرده و يك كامپيوتر آنها را به صورت يك عكس درمي آورد. مبناي اين تصاوير محل و قدرت سيگنال هاي ورودي است.
بدن ما عمدتا شامل آب است و آب حاوي اتم هاي هيدروژن است.
به همين دليل هسته اتم هيدروژن اغلب براي ايجاد يك اسكن ام.آر.آي به طريقي كه شرح داده شد به كار مي رود.

اسكن ام.آر.آي چه چيزي را نشان مي دهد؟

با استفاده از اسكنر ام.آر.آي امكان عكس گرفتن از تقريبا همه بافتهاي بدن وجود دارد.
بافتي كه كمترين اتم هاي هيدروژن را دارد (مثل استخوان ها) در تصوير تيره مي شود ، در حالي كه بافت هاي داراي اتم هاي هيدروژن زياد (مانند بافت چربي) روشنتر ديده مي شود.
با تغيير زمان پالس هاي امواج راديويي اين امكان كسب اطلاعاتي درباره بافت هاي مختلف موجود وجود دارد.
همچنين يك اسكن ام.آر.آي قادر است تصاوير واضحي را از بخش هايي از بدن كه به وسيله بافت استخواني احاطه شده اند فراهم سازد بنابراين تكنيك فوق براي بررسي مغز و طناب نخاعي نيز مفيد است.
به دليل آن كه اسكن ام.آر.آي تصاوير بسيار مشروح و مفصلي را ارائه مي دهد ، بهترين تكنيك براي يافتن تومورها (اعم از خوش خيم و بدخيم) در مغز مي باشد.
در صورت وجود تومور از اسكن براي تشخيص گسترش احتمالي آن به بافت هاي اطراف مغز استفاده مي شود.
اين تكنيك به ما امكان مي دهد جزييات ديگر در مغز را نيز بررسي كنيم.
براي مثال مشاهده رشته هاي بافت غيرنرمال كه در صورت ابتلا به ام.اس روي مي دهد را ممكن مي سازد و نيز تغييرات رخ داده در هنگام خونريزي مغزي را نشان مي دهد. همچنين تشخيص اين كه آيا بافت مغز پس از سكته مغزي دچار كمبود اكسيژن شده است را ميسر مي سازد. اسكن ام.آر.آي قادر به نشان دادن قلب و عروق خوني بزرگ در بافت اطراف آن است لذا تشخيص نواقص مادرزادي قلب و تغييرات در ضخامت عضلات اطراف آن پس از يك حمله قلبي را ممكن مي سازد.
تفاوت ام.آر.آي و سي تي اسكن در اين است كه با ام.آر.آي تصويربرداري از تقريبا هر زاويه اي امكان دارد ، در حالي كه به طور افقي عكس مي گيرد.
هيچ اشعه يونيزان (اشعه ايكس) در ايجاد تصوير ام.آر.آي دخالت ندارد. اسكن هاي ام.آر.آي به طور كلي مفصل تر و مشروح تر هستند. تفاوت بين بافت نرمال و غيرنرمال در اسكن ام.آر.آي نسبت به سي تي اسكن واضح تر است.

آيا ام.آر.آي خطرناك است؟

تاكنون هيچ خطر يا اثرات جانبي براي تكنيك ام.آر.آي شناخته نشده است. اين آزمايش دردناك نيست و اصلا احساس نمي شود. از آنجا كه در آن از اشعه استفاده نمي شود بدون مشكل قابل تكرار است.
تنها مورد ذكر شده صدمه احتمالي براي جنين در 12 هفته اول بارداري مادر است لذا در اين مدت ام.آر.آي براي زنان باردار انجام نمي شود.
تنها ناراحتي بيمار از اين است كه در يك محفظه سيلندري شكل قرار مي گيرد و براي افرادي كه دچار تنگناترسي (هراس از جاهاي بسته و تنگ) هستند چندان خوشايند نيست.
همچنين دستگاه ام.آر.آي معمولا صداهاي نسبتا بلند و ناراحت كننده اي را ايجاد مي كند.
در ضمن از آنجا كه بدن در ميدان مغناطيسي قوي قرار مي گيرد ، لازم است از همراه داشتن هرگونه جواهرات ، شيئ فلزي ، پوشيدن لباسهايي با تكمه هاي فلزي اجتناب شود بنابراين در صورتي كه هرگونه شيء فلزي مانند بست هاي جراحي ، سمعك و غيره همراه بيمار است بايد مسوول دستگاه را از آن آگاه سازد.

رزونانس مغناطيسي هسته(NMR)

هسته های اتم بسياری ازعناصر مغناطيسی اند، زيرا باردارند؛وچنان رفتار می کنند که گويی درحال چرخش می با شند.اين ويژگی مغناطيسی را می توان با مطالعه نحوه بر هم کنش اين هسته ها با ميدان مغناطيسی اعمال شده،B0 ، بررسی کرد. هسته های هيدروژن(H1) ،کربن(فقط ايزوتوپC13)، نيتروژن (N15 وN14 )،فسفر (P 31) نمونه های از هسته های مغناطيسی هستند.
ساده ترين مورد پديده مغناطيسی شدن هسته ها را در هسته هيدروژن(پروتون) و همچنين هسته کربن-13 (13C) می توان ديد.اين هسته ها همچون مغناطيسهای ميله ای در يک ميدان اعمال شده رفتار می کنند و نظير سوزن قطب نما به همسو شدن با جهت ميدان گرايش دارند اما بر خلاف مغناطيسهای ميله ای و سوزنهای قطب نما؛ که همواره به حالت پايدار همسويی با ميدان می رسند، هسته های مغناطيسی ،نظير13C و H1 محدوديتهای کوانتومی دارند که به دو جهتگيری مختلف مجاز- همسو با ميدان يا نا همسو با ميدان- منجر می شود. روشن است که اين دو جهتگيری از انرژيهای متفاوتی برخوردارند، انرژی موقعيت همسو نسبت به موقعيت نا همسو کمتر است.
در صورتی که نمونه ای حاوی هسته هایH1، در ميدان مغناطيسی خارجی واقع شود،وسپس با فرکانس راديويی مناسب تابش داده شود، خواهيم ديد که هسته ها، با فرکانس راديويی بر هم کنش خواهند داشت.
برخی از هسته های دارای انرژی کمتر، تابش را جذب و به تراز بالاتر حرکت می کنند:يعنی از حالت همسوی با ميدان به حالت نا همسوی با ميدان تغيير وضعيت می دهند.در همان زمان، برخی از هسته های دارای انرژی بالاتر، بر انگيخته می شوند و انرژی منتشر می کنند، وبنابراين، جهتگيری نا همسورا تغيير می دهند و با ميدان همسو می شوند(شکل 1).
طيفسنجيرزونانسمغناطيسهستهشاملاندازهگيريميزانانرژيل ازمبرايتغييرهستههاياسپيندارازيكجهتگيريپايداربهجهتگ يريناپايدارتردريكميدانمغناطيسياست. ازآنجاكههستههاياسپينداردرميدانمغناطيسيدرفركانسهايم ختلفتغييرجهتميدهند،فركانسمتفاوتيازتابشجذبيبرايعوضك ردنجهتگيريهستههاياسپيندارنيازميباشد .فركانسيكهدرآنجذبصورتميگيردبرايتجزيهوطيفسنجيبهكارب رده ميشود.


شکل(1)

رزونانسمغناطيسيهستهايبراياولينباردرسال1946بهطورمست قلتوسطفليكسبلوخازدانشگاه استانفوردوادواردپارسلازدانشگاههارواردكشفشد .آنهاتوانستندجذبتابشالكترومغناطيسيراكهدرنتيجهانتقا لترازانرژيهستهدريكميدانمغناطيسيقويصورتميگيردرانشان دهند .ايندو فيزيكداندرسال1952بهخاطركارشانموفقبهدريافتجايزةنوبل شدند .
درپنجسالةاولپسازكشفروشرزونانسمغناطيسهستهشيميدانهاد ريافتندكهمحيطمولكولياجسامبرجذبتابشتوسطهستهها درحضوريكميدانمغناطيسياثرميگذاردوايناثرميتواندبهساخ تمانمولكولارتباطدادهشود . ازآنپسرشدروشطيفسنجيتشديدمغناطيسيهستهانفجارآميزبوده استواينروشاثرقابلتوجهيدرتوسعةشيميآلي،شيميمعدنيوبيو شيميداشتهاست.
اجزاءتشكيلدهندهدستگاه
اجزاءمهميكطيفسنجNMR درشكل(2)بهطورشماتيكنشاندادهشدهاستتوضيحمختصري ازهريكازاجزاءتشكيلدهندهدرذيلبيانميشود .
1-آهن ربا:
خاصيت مغناطيسی که تعيين کننده فرکانس حرکت تقدمی هسته ها در طيف سنج NMR می باشد در دستگاه واحدهای SI به صورت ميدان القاي مغناطيسی يا چگالی شار مغناطيسی با نماد B، بر حسب تسلا (T) سنجيده می شود.تمامی سازندگان طيف سنجهای NMR، دستگاههای خود را در رابطه با فرکانس پروتون حاصل از دستگاه توصيف می کنند، بنابراين يک طيف سنج NMR،MHz 400،دارای مغناطيس T 4/9 می باشد.
درطيفسنجهايتجاريNMR همآهنرباهايدائمیوهمآهنرباهايالكترومغناطيسيباابعادب زرگمورداستفادهقرارميگيرند .
مشخصاتكاركرديآهنربابهخصوصبرايكارهايباتفكيكبالا،حسا سوپراهميتاست .ميدانايجادشدهبايددرمحوطةحضورنمونه،تايكقسمتدر108هم گنباشدوبايدتادرجةمشابهيدرزمانهايكوتاهپايداربماند . برايداشتنچنينخصوصياتي،بهابزارسازيتكامليافتهايكهمجه زبهابزارپسخورجهتتصحيحدرافتوخيزاست،نيازميباشد .

2-منبعفركانسراديويي:
علامتحاصلازيكنوسانگرفركانسراديويي(فرستنده)بهداخليك زوجسيمپيچيكهعمودبر
مسيرميداننصبشدهاند،خوراندهميشودودرنتيجهيكپرتوتابشق طبيدةمسطحبهدستميآيد.فركانسبرايكارباتفكيكبالا،بايدت احدوديكقسمتدر108ثابتباشد . توانخروجياينمنبعكمترازواتاستوبايدتاشايدبهمقداريكدر صددريكفاصلهزمانيچنديندقيقهثابتباشد .

3-آشكارسازوسيستمثبات :
علامتفركانسراديوييايجادشدهتوسطهستههايدرحالرزونانس، بهوسيلهسيمپيچيكهظرفنمونهرااحاطهكردهاستوبهصورتعمودب رسيمپيچمنبعقراردارد،آشكارميشود. علامتالكتريكيتوليدشدهدرسيمپيچهاكوچكاستوبايدبهضريبي برابر105يابيشترتقويتگرددتابتواندثبتشود .
4- ظرفنگهدارندهنمونه :
سلولمتداولبراينمونهدرNMR مركبازيكلولهشيشهايبهقطر5ميليمتراستكهحدود4/0 ميليمترازمايعدرآنقرارميگيرد .لولههايكوچكتربراينمونههاييباحجمكمترنيزدردسترساست.

كاربردها
1-مطالعهساختارشيمياييموادبااستفادهازNMR يكبعدي
2-مطالعهساختارمولكولهايبسيارپيچيده بااستفادهازNMR دوبعدي
3-تعيين ساختارمولكولهايموادجامدبااستفاده ازNMR حالتجامد
4-مطالعه فيزيولوژيسلولهاوغلظ تدرونياخته هاي سلولي
5- مطالعه دینامیک و تعیین مکانیسم واکنش ها
6- مطالعه مغناطیسی جهت ترکیبات پارا مغناطیس
7-آنالیز کمی ترکیبات