Fale elektromagnetyczne promieniowanie niejonizujące promieniowanie jonizujące • telekomunikacja - przekaz informacji (dźwięk, obraz, dane, wzorce cza...
7 downloads
35 Views
10MB Size
Fale elektromagnetyczne
gdzie = 6,625∙10–34 J∙s – stała Plancka = 2,99792 ∙108 m∙s–1 prędkość światła – długość fali
promieniowanie niejonizujące • • •
telekomunikacja - przekaz informacji (dźwięk, obraz, dane, wzorce czasu) telefonia komórkowa telemetria – radary,
• •
spektroskopia tzw. optyczna analityka fizykochemiczna (fizyka, chemia, biologia, biotechnologia, ochrona środowiska)
promieniowanie jonizujące • • •
diagnostyka medyczna radiologia radioterapia
Elementy budowy materii Światło ma podwójną naturę (dualizm korpuskularno-falowy): charakter falowy: charakter korpuskularny: • interferencja • zjawisko fotoelektryczne • dyfrakcja • zjawisko Comptona • polaryzacja • absorpcja, emisja przez atomy, molekuły Energia pojedynczego fotonu: gdzie = 6,625∙10–34 J∙s = 2,99792 ∙108 m∙s–1
– stała Plancka – prędkość światła – długość fali Model atomu Bohra Elektrony krążą na stacjonarnych orbitach
Przejścia zachodzą z emisją lub absorpcją promieniowania o energii:
Model atomu Bohra Elektrony krążą na stacjonarnych orbitach 1 Przejścia zachodzą z emisją lub absorpcją promieniowania o energii:
Serie widmowe: K – Lymana L – Balmera M – Paschena N – Bracketta
Absorpcja
Emisja
Model molekuły dwuatomowej
Rotacje Rotator sztywny
Oscylacje Oscylator harmoniczny
Oscylacje i rotacje Rotator drgający
Energia wewnętrzna molekuły: • rotacyjna • oscylacyjna • elektronowa
1 ,
0, 1, 2, …
,
0, 1, 2, …
Energia wewnętrzna molekuły: • rotacyjna • oscylacyjna • elektronowa
widzialne
podczerwień mikrofale
ultrafiolet
Energia wewnętrzna molekuły: • rotacyjna • oscylacyjna • elektronowa
widzialne
podczerwień
ultrafiolet
mikrofale G. Herzberg „Molecular spectra and molecular structure”, 1956
Molekuły wieloatomowe
Molekuły wieloatomowe
Molekuły wieloatomowe
Molekuły wieloatomowe
wankomycyna (antybiotyk makrocykliczny)
J. R. Lakowicz „Principles of Fluorescence Spectroscopy”,3rd e., Springer 2000
Molekuły wieloatomowe
PE = phosphatidylethanolamine
NADP – dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy
PC = phosphatidylcholine
Molekuły wieloatomowe
– przejścia promieniste – konwersja wewnętrzna – przejścia bezpromieniste A. Kawski „Fotoluminescencja roztworów”, PWN Warszawa 1992
S0, S1, S2 – stany singletowe T1, T2
Luminescencja – nadwyżka promieniowania ciała nad promieniowaniem temperaturowym tego ciała w danej części widmowej i w danej temperaturze o skończonym czasie trwania. Wywołana jest różnymi czynnikami: fotoluminescencja, katodo-, radio-, elektro-, trybo-, sono-, chemi-, bioluminescencja.
– stany trypletowe
Podstawowe charakterystyki luminescencji: – absorpcja [widmo , , ] – natężenie fluorescencji [emisji , , – czas życia (zaniku) – anizotropia emisji
]
Molekuły wieloatomowe
– przejścia promieniste – konwersja wewnętrzna – przejścia bezpromieniste A. Kawski „Fotoluminescencja roztworów”, PWN Warszawa 1992
S0, S1, S2 – stany singletowe T1, T2
Podstawowe procesy (z udziałem fotonów): absorpcja (10–15 s) fluorescencja (10–9 s) fluorescencja opóźniona (10–6 s) fosforescencja (10–6 ÷ 103 s)
– stany trypletowe
Podstawowe charakterystyki: – absorpcja [widmo , , ] Prawo Lamberta-Beera
ln ln gdzie: – natężenie światła padającego na próbkę – natężenie światła po przejściu przez próbkę – stężenie molowe – grubość warstwy próbki – molowy współczynnik ekstynkcji, jest funkcją , zależy od molekuły Sposób pomiaru: Pomiar natężenia przechodzącego monochromatycznego światła przez próbkę - spektrofotometr
Podstawowe charakterystyki:
– absorpcja [widmo ,
,
,
]
ln
gdzie: – natężenie światła padającego na próbkę – natężenie światła po przejściu przez próbkę – stężenie molowe – grubość warstwy próbki – molowy współczynnik ekstynkcji, jest funkcją , zależy od molekuły Spektrofotometr 1 – źródło światła UV 2 – źródło światła VIS 3 – zwierciadło (lub siatka dyfrakcyjna) 4 – szczelina wejściowa 5 – siatka dyfrakcyjna 6 – szczelina wyjściowa 7 – chopper 1 8 – kuweta z odnośnikiem 9 – kuweta z próbką 10 – chopper 2 11 – detektor (fotopowielacz) [Z. Jóźwiak, G. Bartosz – Biofizyka. Wybrane zagadnienia wraz z ćwiczeniami, PWN Warszawa, 2005]
Podstawowe charakterystyki luminescencji: – natężenie fluorescencji [widma emisji , , ]
A. Kawski „Fotoluminescencja roztworów”, PWN Warszawa 1992 A. Kawski „Fotoluminescencja roztworów”, PWN Warszawa 1992
Widmo emisji: p-terphenyl w cykloheksanie A. Kawski „Fotoluminescencja roztworów”, PWN Warszawa 1992
Analiza spektralna:
λexc fixed
λobs Emission profile
Intensity
Absorption profile
λobs
Wavelength
Widma: • absorpcyjne • emisyjne • liniowe • pasmowe • ciągłe
• elektronowe • oscylacyjne • rotacyjne
Analiza spektralna:
Spektrofotometr L – źródło światła UV/VIS M1, M2 – zwierciadła Sd1, Sd2 – siatki dyfrakcyjne (wzb. i em.) S1, S2, S3, S4 – szczeliny wejściowa M – silnik napędzający siatki dyfrakcyjne P1, P2 – polaryzatory (wzb. i em.) K – kuweta z próbką F – detektor (fotopowielacz)
[Z. Jóźwiak, G. Bartosz – Biofizyka. Wybrane zagadnienia wraz z ćwiczeniami, PWN Warszawa, 2005]
Widmo absorpcji (A) i emisji (Ifl) roztworu tryptofanu
Podstawowe charakterystyki luminescencji: – czas życia (zaniku) d d
J. R. Lakowicz „Principles of Fluorescence Spectroscopy”, 3rd ed., Springer 2010
Podstawowe charakterystyki luminescencji: – anizotropia emisji ∥ ∥
A. Kawski „Fotoluminescencja roztworów”, PWN Warszawa 1992
J. R. Lakowicz „Principles of Fluorescence Spectroscopy”,3rd e., Springer 2010
2
Mikroskopia fluorescencyjna
TCS SP8, Leica Microsystems
Mikroskopia fluorescencyjna
TCS SP8, Leica Microsystems
Mikroskopia fluorescencyjna
Platynereis dumerillii, (pierścienica) 2 months old, stained for nuclei (DAPI, blue), tubulin (FITC, green), Phalloidin (Rhodamin, grey), Serotonin (Cy5, red). Autorzy: Antje Fischer and Detlef Arendt, EMBL Heidelberg, Germany (Leica Microsystems)
Mikroskopia fluorescencyjna
Coronar section of mouse nasal cavity. Autor: Ulrike Mersdorf, Max Planck Institute for Medical Research, Heidelberg, Germany
Mikroskopia fluorescencyjna
Siatkówka myszy. Autor: Frank Müller, Institute of Complex Systems 4, Cellular Biophysics, Research Center Jülich GMBH, Jülich, Germany
Mikroskopia fluorescencyjna czasowo-rozdzielcza
Schemat ideowy fluorescencyjnego mikroskopu czasowo-rozdzielczego (FLIM – Fluorescence Lifetime Imaging Microscope). [J. R. Lakowicz „Principles of Fluorescence Spectroscopy”, 3rd ed., Springer 2010]
Mikroskopia fluorescencyjna
Przykład zastosowania fluorescencyjnego mikroskopu czasowo-rozdzielczego (FLIM – Fluorescence Lifetime Imaging Microscope). Natężenie (z lewej) i obrazowanie czasowo-rozdzielcze komórek śródbłonkowych tętnicy krowy. Jądro oznaczone przez DAPI (niebieski), F-actin przez Bodipy FL-phallacidin (czerwony), mitochondria przez MitoTracker Red CMX (zieleń). Wzbudzenie dwufotonowe 800 nm. [J. R. Lakowicz „Principles of Fluorescence Spectroscopy”, 3rd ed., Springer 2010]
Mikroskopia fluorescencyjna
Przykład zastosowania fluorescencyjnego mikroskopu czasowo-rozdzielczego (FLIM – Fluorescence Lifetime Imaging Microscope). Natężenie (z lewej) i obrazowanie czasowo-rozdzielcze komórek śródbłonkowych tętnicy płucnej krowy. Jądro oznaczone przez DAPI (niebieski), F-actin przez Bodipy FL-phallacidin (czerwony), mitochondria przez MitoTracker Red CMX (zieleń). Wzbudzenie dwufotonowe 800 nm. [J. R. Lakowicz „Principles of Fluorescence Spectroscopy”, 3rd ed., Springer 2010]
