QUANG LƯỢNG tử (bức xạ NHIỆT) (lý SINH SLIDE) (chữ biến dạng do slide dùng font VNI times, tải về xem bình thường)

Chương QUANG LƯỢNG TỬ I BỨC XẠ NHIỆT Đại cương xạ nhiệt 1.1.1 -Định nghóa : Sự phát xạ (sóng điện từ) nguyên tử, phân tử tác dụng nhiệt độ gọi Bức xạ nhiệt - Đặc điểm: Nếu phần lượng vật phát xạ Wbx với lượng mà vật hấp thu Wht nhiệt độ vật không thay đổi Ta gọi trình xạ nhiệt cân : Wbx = Wht 1.1.2 Các đại lượng đặc trưng xạ nhiệt cân a Năng suất xạ toàn phần RT – Năng suất xạ đơn sắc rT (rνT): - Năng suất xạ tòa phần RT: tổng lượng xa ïcó bước sóng (ν) • Năng suất xạ đơn sắc r T(r νT):Các xạ đơn sắc vật phát có bước sóng ( ν) thay đổi từ  ∞ Phần lượng đơn vị diện tích vật phát đơn vị thời gian nhiệt độ T tương ứng với xạ đơn sắc có bước sóng (ν ) gọi suất xạ đơn sắc • • → dRT = rT d • b Hệ số hấp thu toàn phần a T– hệ số hấp thu đơn sắc a T • - Tỷ số phần lượng đơn vị diện tích vật hấp thu đơn vị thời gian phần lượng chiếu tới vật nhiệt độ T gọi hệ số hấp thu toàn phần vật nhiệt độ T: • • d dW aT  ht d  ht dW • Tỷ số phần lượng đơn vị diện tích vật hấp thu đơn vị thời gian với phần lượng chiếu tới tương ứng với xạ đơn sắc có bước sóng(ν) nhiệt độ T gọi hệ số hấp thu đơn sắc vật a T • • • Các yếu tố ảnh hưởng đến R T, rT, aT, aT : • + Bản chất vật xạ • + Bước sóng  (ν ) chùm ánh sáng • + Nhiệt độ vật xạ • c Vật đen tuyệt đối : vật hâùp thu toàn lượng xạ chiếu tới Tức vật có hệ số hấp thu toàn phần aT = • 1.1.3 Đường đặc trưng phổ phát xạ vật đen tuyệt đối • Dựa vào kết đo thực nghiệm ta vẽ đường cong biểu diễn phụ thuộc hệ số xạ đơn sắc rT vật đen tuyệt đối theo bước sóng  (ν ) nhiệt độ T định Đường cong gọi đường đặc trưng phổ phát xạ cũa vật đen tuyệt đối Đường đặc trưng phổ phát xạ vật đen tuyệt đối nhiệt độ T khác biểu diễn hình vẽ.Ta có nhận xét sau: • Dạng đường cong khơng thay đổi theo nhiệt độ , có cực trị tương ứng rmax (hay )và max • Khi nhiệt độ tăng cực đại phát xạ lùi vùng bước sóng ngắn : T1 max3 • Nhiệt độ tăng suất phát xạ tăng: T3  > T2>T1    max1 max max Các định luật xạ nhiệt cân • 2.1 Định luật Kirchhoff • Tỷ số suất (hệ số) phát xạ đơn sắc hệ số hấp thu đơn sắc vật trạng thái xạ nhiệt cân không phụ thuộc vào chất vật đó, mà phụ thuộc vào nhiệt độ T bước sóng  chùm xạ rT rT rT •    T   T • a T a T a T • T hàm số chung cho vật gọi hàm số phổ biến r  a  T  T T • → a T và rT thì  T: • - Nêú vật đen tuyệt đối • Vậy hàm số phổ biến suất phát xạ đơn sắc vật đen tuyệt đối nhiệt độ T • Hệ : - Vật hấp thu mạnh phát xạ mạnh, hay vật phát xạ mà có khả hấp thu • - Ở điều kiện vật đen tuyệt đối a T= vật xạ mạnh  • 2.2 Định luật Stefan – Boltzmann • Năng suất xạ toàn phần vật tỷ lệ với lũy thừa bậc nhiệt độ vật RT  T • • σ = 5,67 10-8 J/m2.độ • Hệ số Stefan-Boltzmann • • Định luật Wien • Bước sóng tương ứng với suất xạ mạnh ( cực đại) max tỷ lệ nghịch với nhiệt độbcủa vật  max  • T • Hệ số Wienb :0,2898.10  m.độ Thuyết lượng tử lượng Planck – Công thức Planck xạ nhiệt • Thuyết lượng tử lượng Planck (1900): • Vật chất hấp thu hay xạ lượng cách gián đoạn theo lượng nhỏ gọi lượng tử lượng Mỗi lượng tử có lượng tỷ lệ với tần số ν hay tỷ lệ nghịch với bước sóng  xạ h.c đơn sắc tương ứng : h  •  • c = 108 m/s vận tốc ánh sáng chân không h = 6,625 10-34J.s số Planck • Công thức Planck xạ2 nhiệt 2 h 2hc •  T  h  hc • c  e kT  • e  kT  Hằng số Boltzmann k = 1,38 10-23 J/độ II HIỆU ỨNG QUANG ĐIỆN 2.1 Hiện tượng quang điện: • Do Hertz phát 1887 • Stoletov Hallwash 1888 – Hiệu ứng quang điện ngoài: Hiện tượng electron (điện tử)bị khỏi bề mặt kim loại chiếu xạ bước sóng có xạ  (hay tần số ) thích hợp – Hiệu ứng quang điện  xảy với chất bán dẫn Khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp, electron liên kết yếu trở thành electron tự chuyển động chất bán dẫn  độ dẫn điện tăng lên – Các electron bị bật khỏi bề mặt kim loại gọi electron quang điện = Quang electron – Thí nghiệm Stoletov – Đường đặc trưng Vôn – Ampe • 2.2 Các định luật quang điện: • Định luật giới hạn Quang điện: • Hiệu ứng quang điện xảy khi:   0;   0  (): bước sóng ánh sanùg kích thích  0(0): gọi ngưỡng quang điện Kim Loại • Định luật dòng quang điện bảo hòa: • Cường độ dòng quang điện bảo hòa tỷ lệ với cường độ ánh sáng kích thích • Ibh ~ IAS cực I bh đại ban I ASđầu: • Định luật động • Động cực đại ban đầu quang electron phụ thuộc vào tần số ánh sáng chất kim loại mà không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu tới m max h  A0 hc • Công thoát A : h  0 0 : e.Uc= • Công hiệu điện cản Điện m.v cản Uc điện UAK ngăn toàn 2electron từ Katot Anod (Iqđ = 0) • • • • • • • • • • 2.3 Thuyết lượng tử ánh sáng: Einstein đưa vào năm 1905 hc tử ánh sáng *nh sáng chùm phô tôn= lượng  h  Mỗi phô tôn mang lượng xác  định h = 6,625.10-34J.s C =3.108m/s : vận tốc ánh sáng chân không *Trong chân không phô tôn truyền với vận tốc c *Cường độ chùm tia sáng tỷ lệ với số phô tôn có chùm sáng *Các nguyên - phân tử hấp thu số nguyên hc lần phô tôn  h  h p phô m.c  Đặc trưng tôn Năng lượng:  m0 Động lượng: m Khối lượng tónh m0:  1 c   c  m 0 Với phô tôn: hc 1eV= 3,83.10-23kcal = h 1,602.10-12erg.=1.602.10-19J    A0  me Coâng thức Einstein:  3.1.2 Định luật tán xạ – công thức Rayleigh 2 24 I tx   (n1  n ) n12  2n 2 sin  N.V2I0 • n1,n2 : chiết suất tướng phân tán môi trường phân tán • N: Số hạt 1cm3(ml) V: thể tích hạt • I0: Cường độ ánh sáng I tớicld lg  k  acl I d   • Khuyếch đục : Nephelemetrie kd • Hấp đục : Tibidimetrie a 4 d   • Hệ số hấp đucï 3.2 Tán xạ phân tử – Raman Do Manden Stam & Raman nghiên cứu 3.2.1 Hiện tượng tán xạ phân tử : Dùng ánh sáng kích thích có cường độ mạnh ( đèn Hg) chiếu qua môi trường quang phổ tán xạ ta nhận thấy vạch tương ứng với xạ tối xuất hai vạch yếu bên – Hiệu tần số vạch vạch phụ phụ thuộc vào chất môi trường tán xạ mà không phụ thuộc vào tần số chiếu tới xấp xỉ tần số hấp thu hồng ngoại môi trường tán xạ + Hai vạch phụ đối qua vạch : vạch Stockes phản Stockes + Cường độ vạch dương nhỏ vạch âm 3-10 lần, tăng nhiệt độ môi trường tăng • Định luật Rayleigh cho Tán xạ phân tử – Raman T 2 I k I   n sin  • •  : Khối lượng riêng • n: chiết xuất môi trường • T: Nhiệt độ • Io: Cường độ chùm ánh sáng chiếu tới • I : Cường độ ánh sáng tán xạ   : Góc tán xạ   : Bước sóng ánh sáng chiếu tới 3.2.2 Thuyết lượng tử tán xạ - Va chạm đàn hồi lượng Photon phân tử h bảo     toàn h tx tx - Va chạm không đàn hồi : + Photôn cung cấp lượng cho phânW tử ánh sáng tán xạ có lượng nhỏ h ' hsáng   Wtới   1' lượng ánh   Cho vạch phụ Stockes + Photôn nhận lượng phân tử -> ánh có h " sáng h  tán W xạ "    lượng lớn ánh sáng tới lượng Wù Cho vạch phụ phản Stockes 3.2.3 Ứng dụng phổ Raman • LÝ SINH THỊ GIÁC • 6.2.1 Mắt : • + Mắt = hệ quang học + quan cảm thụ võng mạc • trình thị giác gồm : • Quá trình vật lý :Khúc xạ ; hấp thụ ánh sáng • Quá trình quang hoá • 6.2.2 Cấu trúc quan thụ cảm thị giác chế tiếp nhận thị giác • a tế bào thụ cảm thị giác gồm : • + Tế bào que : gần 130 triệu nhạy cảm với thị giác đơn sắc ( trắng , đen, xám ) độ sáng • + Tế bào nón : gần triệu, nhạy cảm với thị giác màu sắc phân biệt màu sắc • * Sắc tố : - Có loại sắc tố cảm sáng • Rodopxin + Phorphiapxin • Iodopxin + Xianopxin • Trong võng mạc mắt người có hai sắc tố : • +Trong tế bào que: Rodopxin • + Trong tế bào nón : Iodopxin • Rodopxin, Fotoxin phức chất protein có phân tử lượng khoảng 40000 Cấu tạo chúng phức tạp.Điều đáng ý phân tử protein có chứa nhóm sulfydryl (SH) có khả phản ứng mạnh với nhiều loại hợp chất khác Retinen (Retinal) andehyt vitamin A.Trong phân tử vitamin A có nhóm rượu (CH2OH) vị trí nguyên tử bon 15 Cịn phân tử Retinal thay nhóm CHO • Khi có tác dụng ánh sáng Rodopxin phân ly tạo thành Scotopxin Retinal, Iodopxin phân ly tạo thành Fotopxin Retinal • + Rodopxin = Scotopxin + Retinen • + Iodopxin = Fotopxin + Retinen • 6.2.2 Hai giai đoạn trình thụ cảm ánh sáng • - Tiếp nhận ánh sáng :hấp thụ ánh sáng sắc tố cảm sáng • - Các phản ứng quang hoá tạo nên điện thụ cảm , làm xuất • xung thần kinh truyền não ( nhờ hệ tiếcholin):tổng biến đôi hiệu điện võng mạc tác dụng ánh sáng gọi điện võng mạc • • • Sơ đồ trình thụ cảm ánh sáng • Rodopxin • Các phản ứng Lumirodopxin • trung gian Metarodopxin • ngược chiều Metarodopxin • • Năng lượng Phát sinh xung hoá sinh động thần kinh • Opxin + Retinal • * Rodopxin , Retinen hấp thụ lượng tứ sáng có dịch chuyển điện tử π→π* (n→π*) lượng photon hv giữ tế bào que * • * Các phản ứng quang hố • - Đồng phân hoá Retinen 11 xis  11 trans • Phản ứng tiến hành qua trạng thái Triplet nhóm mang màu (Retinen) làm cho liên kết Opxin – Retinen bị yếu đi, khiến cho phản ứng thuỷ phân Rodopxin tạo thành Opxin Trans Retinen tự dễ xảy Trong giai đoạn tiến hành phản ứng trung gian cấu hình Opxin thay đổi làm cho tính thấm màng tế bào que tế bào nón ion K+ & Na+ biến đổi dẫn đến hình thành điện thụ cảm Đó nguyên nhân xuất xung thần kinh dẫn truyền não, gây nên cảm giác thị giác Nhờ người động vật phân biệt màu sắc độ chói khác • 6.4 Cơ chế tiếp nhận màu sắc • Cảm giác màu sắc nhờ vào loại tế bào cảm thụ màu sắc tế bào hình nón: • Tế bào xanh tím B (Blue): (400 – 500nm)  max  450nm • Tế bào xanh G (green) :  max  550nm 425 – 650 nm • Tế bào đỏ R(red) : (475 760 nm) G R } T/d   580 vàng  max  600nm B ab G ad   530 xanh R ac • Ánh sáng có xác định tác dụng lên võng mạc gây kích thích khác tế bào nón gây xung thần kinh khác khiến cho ta cảm giác màu sắc • 6.5 Ngưỡng nhìn độ nhạy mắt: • Do tác dụng ánh sáng Rodopxin bị phân tích thành opxin Retinal Trong q trình tế bào que phát xung thần kinh Như tên nói photon miền khả kiến hấp thu làm phân tích phân tử Rodopxin Vậy cần tối thiểu phân tử Rodopxin hay nói cách khác tế bào que cần hấp thu tối thiểu photon để tạo nên điện hoạt động thần kinh thị giác tức tạo nên cảm giác sáng? Số photon tối thiểu để tạo nên cảm giác sáng gọi ngưỡng thị giác hay ngưỡng nhìn • Ngưỡng nhìn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Bước sóng ánh sáng, kích thước vật , đường kính đồng tử, thời gian tác dụng ánh sáng lên võng mạc • Bằng thực nghiệm đo lường ngày người ta xác định ngưỡng nhìn người từ – photon Ngưỡng nhìn 191 h.c photon ứng với lượng trung bình :   4.10 J • Năng lượng đủ để làm đứt mối liên kết yếu làm thay đổi cấu trúc Rodopxin đưa đến việc hình thành xung động thần kinh thị giác • Tế bào que có khả phản ứng ánh sáng có độ rọi nhỏ, cịn tế bào nón có phản ứng độ rọi lớn Điều liên quan đến ngưỡng nhìn; Tế bào que có ngưỡng nhìn nhỏ tế bào nón Khi ánh sáng có độ rọi lớn tế bào que tế bào nón tham gia vào q trình nhìn Q trình gọi thị giác sáng (cịn gọi Thị giác ban ngày hay thị giác Photo) Khi độ rọi nhỏ tế bào que tham gia vào trình nhìn, trình gọi thị giác tối ( thị giác hồng hay thị giác Scoto) • Theo tính tốn giới hạn ngưỡng nhìn thấy bóng tối thị giác Scoto cho tồn diện tích đồng tử mắt ứng với quang thông 2,10-10 erg/s Cịn giới hạn quang thơng thị giác photo mà khơng làm chói mắt : 200 erg/s tức lớn 1012 lần • Sự biến đổi lượng Rodopxin tế bào que tham gia vào trình nhìn trình thuận nghịch :  Rodopxin Opxin + Retinen • Với độ rọi trung bình có cân động trình, lượng rodopxin tổng hợp với lượng rodopxin phân hủy , hàm lượng Rodopxin võng mạc không đổi giá trị • Với độ rọi tăng lượng Rodopxin phân hủy nhiều lượng tổng hợp Kết lượng Rodopxin võng mạc giảm xuống, nhiên xác suất hấp thu photon Rodopxin độ rọi lớn lại tăng Chính mắt nhìn thấy độ rọi lớn • Với độ rọi giảm xuống lượng rodopxin tổng hợp lớn lượng phân hủy Kết lượng Rodopxin võng mạc tăng lên làm cho mắt nhìn thấy độ rọi nhỏ Tuy nhiên thời gian cần cho trình tổng hợp Rodopxin lâu Nên chuyển từ thị giác sáng (thị giac Photo) sang thị giác tối (Scoto) hay đơn giản từ nơi sáng sáng nơi tối cần phải có thời gian thích nghi để hàm lượng Rodopxin khơi phục đủ lớn Khoảng thời gian lên đến hàng chục phút • VII TÁC DỤNG CỦA TIA TỬ NGOẠI UV • 7.1 Phân loại: • Phân loại tia UV theo tác dụng sinh học • - Vùng sóng ngắn từ 180  275 nm : làm thay đổi cấu trúc protid , lipit & có tác dụng diệt trùng (Tia C) • - Vùng sóng trung từ 275 320 nm :chống còi xương , tạo sắc tố thúc đẩy tạo thân biểu mô , làm tốt q trình tái sinh (Tia B) • - Vùng sóng dài từ 320 -:- 380 nm : có tác dụng sinh vật yếu có tác dụng gây phát quang số chất hưũ (Tia A) • - Vùng Tử ngoại xa hay tử ngoại chân không: Vùng sóng từ 180  nm có tác dụng sinh học mạnh Tác dụng tia UV lên Protein   200 �400nm - Tác dụng chủ yếu tia uv có bước sóng - Các axit amin thơm : triptophan ,thyrosin ,phenylamin, xistein trung tâm hấp thụ làm cho dung dịch protein bị đục , tốc độ lắng ,mật độ quang (A) thay đổi Các giai đoạn tác dụng tia UV 1) Giai đoạn tích cực hấp thụ ánh sáng a.amin AH + hV1 AH + hV2 �AH* � 2) Quang ion hoá : AH* AH+ + eAH+ � A+ + H+ � 3) Giai đoạn phản ứng gốc tự & điện tử sonvat A + O2 AOO �2 e-s + H+ + R-NH NH3 + R-COOH COOH � 4) Giai đoạn phản ứng hoá học phá huỷ axit amin gây nên thay đổi cấu hình đại phân tử làm hoạt tính ... (1900): • Vật chất hấp thu hay xạ lượng cách gián đoạn theo lượng nhỏ gọi lượng tử lượng Mỗi lượng tử có lượng tỷ lệ với tần số ν hay tỷ lệ nghịch với bước sóng  xạ h.c đơn sắc tương ứng : h... thu lọc lựa: Năng lượng nguyên phân tử bao gồm: We lượng vỏ điện tử Wddđ lượng dao động Wq lượng quay W = We +Wdd +Wq We +Wdd We >>Wdd >>Wq -Năng lượng nguyên phân tử bị lượng tử hóa nhận giá...I BỨC XẠ NHIỆT Đại cương xạ nhiệt 1.1.1 -Định nghóa : Sự phát xạ (sóng điện từ) nguyên tử, phân tử tác dụng nhiệt độ gọi Bức xạ nhiệt - Đặc điểm: Nếu phần lượng vật phát xạ Wbx với lượng mà