door Max de G

raaf en Bas de Jong 

Luminescen

tie  

 

   

LuminescentieEen verbazingwekkend fenomeen

Max de Graaf en Bas de Jong Klas V6NG 

Docent: P. Faber   28‐01‐2009 

 2 

Inhoudsopgave Inleiding ................................................................................................................................................... 5 

Bronnenonderzoek ......................................................................................................................... 5 

Hoofdvraag ...................................................................................................................................... 5 

Deelvragen ...................................................................................................................................... 5 

Het nut van dit onderzoek .............................................................................................................. 6 

1 ‐ Geschiedenis van het atoom ............................................................................................................. 7 

1.1 Atoombouw ...................................................................................................................................... 7 

1.2 Kwantummechanica  ......................................................................................................................... 8 

1.2.1 Elektronenconfiguratie .............................................................................................................. 9 

2 ‐ Licht .................................................................................................................................................. 10 

2.1 Licht als deeltje ............................................................................................................................... 10 

2.1.1 Elementaire deeltjes ................................................................................................................ 10 

Lading ............................................................................................................................................ 10 

Spin................................................................................................................................................ 10 

Massa ............................................................................................................................................ 11 

2.1.2 Twee groepen .......................................................................................................................... 11 

Bosonen ........................................................................................................................................ 11 

Fermionen ..................................................................................................................................... 11 

2.2 In een schema ................................................................................................................................. 11 

2.3 Licht als golf .................................................................................................................................... 12 

2.3.1 Elektromagnetisch veld ............................................................................................................ 12 

2.3.2 Licht ook een golf ..................................................................................................................... 12 

2.4 Berekeningen maken met licht ....................................................................................................... 13 

2.4.1 Elektromagnetisch spectrum ................................................................................................... 13 

2.4.2 Lichtkleur .................................................................................................................................. 13 

2.4.3 Op de grens van het zichtbare licht ......................................................................................... 14 

2.4.4 Verschillende gradaties ultraviolet licht .................................................................................. 16 

2.5 Samenvatting .............................................................................................................................. 16 

3 ‐ Fluorescentie.................................................................................................................................... 17 

3.1 Absorptie ......................................................................................................................................... 17 

3.2 Aangeslagen toestand van een elektron ........................................................................................ 18 

3.3 Emissie ............................................................................................................................................ 19 

3.4 Procesduur ...................................................................................................................................... 19 

3.5 Toevoeging van de kwantummechanica ........................................................................................ 20 

3.6 Uitzonderingen ............................................................................................................................... 22 

4 ‐ Fosforescentie .................................................................................................................................. 23 

 3 

4.1 Triplet en Singlet ............................................................................................................................. 23 

4.2 Samenvatting .................................................................................................................................. 24 

5 ‐ Chemoluminescentie ....................................................................................................................... 25 

5.1 Reactietypen ................................................................................................................................... 25 

5.2 Efficiëntie ........................................................................................................................................ 27 

6 ‐ Luminescentie in de praktijk ............................................................................................................ 28 

6.1 UV‐lamp .......................................................................................................................................... 28 

6.2 Fluoresceïne .................................................................................................................................... 29 

6.2.1 Stofeigenschappen ................................................................................................................... 29 

6.2.2 NaOH – HCl titratie onder fluoresceïne ................................................................................... 29 

Experiment .................................................................................................................................... 29 

6.3.2 Samenvatting ........................................................................................................................... 30 

6.4 Kinine .............................................................................................................................................. 31 

6.4.1 Oorsprong ................................................................................................................................ 31 

6.4.2 Kinine als medicijn ................................................................................................................... 31 

6.5 Aesculine ......................................................................................................................................... 32 

6.6 Fluorescentielamp........................................................................................................................... 33 

6.6.1 Het principe .............................................................................................................................. 33 

6.6.2 Experimenteren met een fluorescentielamp ........................................................................... 33 

6.6.3 Samenvatting ........................................................................................................................... 33 

6.7 Glowsticks / Breaklights .................................................................................................................. 34 

6.7.1 De bouw van breaklights ......................................................................................................... 34 

Chemie van breeklampen ............................................................................................................. 34 

6.7.2 Toetsingsonderzoek chemoluminescente kleurstoffen en correctheid van gegevens ........... 35 

Invloed van warmte‐energie ......................................................................................................... 36 

6.7.3 Samenvatting ........................................................................................................................... 37 

6.8 Open dag op Stad en Esch Zuideinde .............................................................................................. 38 

6.9 Quantumdots ‐ Lezing chemiekring DSM Zwolle ............................................................................ 39 

6.9.1 Theorie ..................................................................................................................................... 39 

Fluorescentie ................................................................................................................................. 39 

6.9.2 Quantumdots in de praktijk ..................................................................................................... 41 

“Fluorescent concentrators” ......................................................................................................... 41 

Quantumdots als hulpmiddel voor de chirurg .............................................................................. 42 

Mogelijke bezwaren van quantumdots ........................................................................................ 42 

6.10 Zinksulfide ..................................................................................................................................... 42 

6.10.1 De proefbeschrijving .............................................................................................................. 42 

6.10.2 Additioneel literatuuronderzoek ........................................................................................... 42 

6.10.3 Samenvatting ......................................................................................................................... 43 

 4 

7 ‐ Maatschappelijke toepassingen ...................................................................................................... 44 

7.1 Medische wereld ............................................................................................................................. 44 

7.2 Biochemische analysetechnieken ................................................................................................... 44 

7.3 Kankerverwekkende chemicaliën ................................................................................................... 45 

7.4 Glow‐in‐the‐dark ............................................................................................................................. 45 

Conclusie ............................................................................................................................................... 46 

Hoofdvraag .................................................................................................................................... 46 

A ‐ Nawoord .......................................................................................................................................... 48 

B ‐ Literatuurlijst ................................................................................................................................... 49 

B.1 Geraadpleegde boeken ............................................................................................................... 49 

B.2 Geraadpleegde encyclopedieën ................................................................................................. 49 

B.4 Allerlei ......................................................................................................................................... 49 

B.3 Geraadpleegde websites ............................................................................................................ 49 

C ‐ Figurenverwijzing ............................................................................................................................. 52 

D ‐ Bijlagen ............................................................................................................................................ 53 

D.1 Plan van aanpak .............................................................................................................................. 53 

D.2 Logboek van Max de Graaf (2e helft)‡ ............................................................................................ 55 

D.2 Logboek van Bas de Jong ................................................................................................................ 56 

D.3 Uitnodiging CKZ Quantumdots ....................................................................................................... 57 

Lezing ................................................................................................................................................ 57 

 

   

 5 

Inleiding Het profielwerkstuk gaat over luminescentie. De aanleiding hiervoor is dat het ons een interessant onderwerp leek, omdat er in de reguliere stof bijna geen aandacht aan besteed wordt. Daarnaast is het een onderwerp waar je niet snel over bent uitgepraat, want er zijn veel gebieden waarin luminescentie de mens kan helpen. Denk hierbij aan geneeskundige toepassingen of bijvoorbeeld toepassingen in de industrie. Nadat we even op internet zochten naar luminescentie, kwamen we al heel snel uit bij een paar interessante toepassingen. De doorslaggevende reden voor ons om voor dit onderwerp te kiezen was het moment waarop we ontdekten waarom de stoffen gingen oplichten onder bepaalde omstandigheden. De uitleg voor dit verschijnsel gaat zo diep, dat het ons een uitdaging leek, om dit te onderzoeken. Dat de materie complex is, bleek naderhand wel. Op sommige punten moest onze PWS begeleider zelfs toegeven, dat hij niet meer wist hoe het precies zat. Ook andere scheikundigen, die we ontmoetten op een lezing, bleken moeite te hebben met de stof die daar werd behandeld.  Nu we een startpunt hadden voor ons onderzoek, werd ons al snel duidelijk dat we onderscheid moesten maken tussen de theorie, praktijk en de maatschappelijke toepassingen. Alleen op deze 

 duidelijke uitleg geven over het hoe en wat van luminescentie.  manier kunnen we een

Bronnenonderzoek Bij het literatuuronderzoek keken we meestal eerst naar een wetenschappelijke publicatie van een vooraanstaand chemicus of fysicus. Vaak zijn dit boeken van meer dan 1000 pagina’s. Wanneer we documentatie vonden voor ons onderzoek, begonnen we met lezen. Zodra we dit begrepen was het mogelijk om verder te gaan met ons onderzoek. Waren er zaken of termen niet duidelijk, dan zochten we die meestal op in encyclopedieën, zowel online (wikipedia.org) als op CD‐ROM (Encyclopædia Brittanica). De reden hiervoor is dat we in een encyclopedie snel de term kunnen opzoeken die voor ons onbekend is. In de wetenschappelijke publicaties staan deze principes vaak heel ingewikkeld uitgelegd of te nauwkeurig, wat veel tijd kost. 

Daarnaast gebruikten we voor recente onderzoeken vaak documenten van enkele pagina’s, die te vinden waren op een zoekmachine (Google in ons geval), op de websites van educatieve instellingen in de Verenigde Staten (het zogenaamde .edu domein), of op websites van universiteiten. 

Tijdens het gehele onderzoek hebben we de volgende hoofd‐ en deelvragen gebruikt om ons n. Deze staan hieronder vermeld. onderzoek te volbrenge

Hoofdvraag Waarom lichten bepaalde stoffen op, welke toepassingen zijn ervoor en wat kan het nut hiervan zijn 

? voor de mens

Deelvragen 1. Wat is de theoretische onderlegging van luminescentie 

a. Welke chemische verklaring is hiervoor te geven? i. Hoe zit een atoom in elkaar? ii. Wat hebben elektronenconfiguraties hiermee te maken? iii. Wat houd de ‘aangeslagen toestand’ in? iv. Waarom zend het atoom licht uit? 

b. Welke natuurkundige verklaring is hiervoor te geven? i. Wat is licht? ii. Wat is lichtsterkte? iii. Hoe wordt de kleur van licht bepaald? 

c. Wat heeft het electromagnetisch spectrum met het onderwerp te maken 2. Welke stoffen in het dagelijks leven hebben luminescente eigenschappen? 

 6 

a. Kinine b. Aesculine c. Breaklights 

i. Heeft de pH ook nog invloed op het uitzenden van licht? d. Fluoresceïne e. Zinksulfide f. TL‐lamp g. De UV‐lamp h. Quantumdots (lezing door afgestudeerde van de Universiteit Utrecht) 

i. Mogelijkheid tot het verhogen van de opbrengst van zonnecellen? ii. Mogelijkheid tot het nauwkeuriger opsporen van tumoren in organismen? iii. Mogelijkheid tot het helpen van een chirurg? 

i. Welke stoffen zijn nog meer luminescent maar hebben wij om welke redenen niet onderzocht? 

3. Hoe maakt de maatschappij gebruik van deze stoffen?  Na het vaststellen van deze structuur, zijn we begonnen met het onderzoeken van onze deelvragen. De theorie bleek echter erg droog te zijn, des te meer omdat we in de vijfde klas nog niet zoveel wisten over elektronenconfiguraties, esters en dergelijke termen. Daarom zijn we tegelijkertijd ook 

n van stoffen. begonnen met het onderzoeke

Het nut van dit onderzoek Ten eerste is het natuurlijk extreem ‘gaaf’ om lichtgevende stoffen te onderzoeken en te maken. Maar het onderwerp heeft ons ook een veel beter inzicht gegeven in de basis van natuur‐ en scheikunde. Het onderzoek naar wat licht precies is, bracht ons ook bij de elementaire deeltjes, die in het nieuws waren toen er werd gezocht naar het Higgs‐boson, het boson dat nog niet proefondervindelijk bewezen is. 

Op deze manier heeft het profielwerkstuk ons geholpen om een stuk meer van de wereld van luminescentie te begrijpen. 

 Max de Graaf & Bas de Jong 

1 ‐ Geschiedenis van het atoom Het vroege begin van de zoektocht naar het kleinste deeltje 

 7 

1.1 Atoombouw  Volgens het eerste belangrijke atoommodel, het atoommodel van Dalton, waren atomen kleine bolletjes. Uit deze bolletjes zou een stof zijn opgebouwd. Deze bolletjes waren niet kapot te maken en vormden alles wat zich in het universum bevond. Deze benadering was vrij accuraat voor de tijd waarin deze werd geformuleerd, wat in het begin van de negentiende eeuw was.1 Na het atoommodel van Dalton kwam het atoommodel van Bohr en daarna het model van Rutherford. Baanbrekend, aangezien hieruit bleek dat de stabiele atomen waren opgebouwd uit deeltjes die niet op zichzelf voorkomen in de natuur. Het atoom zag eruit als een positief geladen kern met daar omheen een wolk cirkelende, negatief geladen bolletjes, elektronen. De kern zou bestaan uit positief geladen bolletjes, protonen genaamd. Om de netto lading nul te maken, zitten er precies evenveel protonen in de kern als dat er aan elektronen om de kern draait. Om de kern stabiel te houden werden hier neutrale neutronen aan toegevoegd. Twee gelijk geladen deeltjes die dichtbij elkaar liggen stoten elkaar immers af, door hier neutronen tussen te plaatsen zou deze afstoting vrijwel teniet gedaan worden. 23  Volgens Bohr draaiden de elektronen op vaste afstand van de kern, in verschillende niveaus, met dezelfde snelheid. Hierdoor zou elk niveau een bepaalde energie hebben, namelijk potentiële en kinetische energie. De kinetische energie, die voortkomt uit de beweging van het elektron en de potentiële energie. De potentiële energie wordt bepaald door de afstand van het elektron tot de kern. Hoe verder het elektron van de kern is verwijderd, hoe meer potentiële energie het elektron heeft.   De niveaus worden aangegeven met de getallenreeks n: 1, 2, 3, …  Bij de formulering van het atoommodel van Bohr werd echter wel één fundamentele wijziging gemaakt, ten opzichte van de oude theorie. De ronddraaiende elektronen, die eruit zagen als geladen bolletjes, werden vervangen door golven die rond de kern cirkelen. Omdat golven een golflengte hebben, die precies moest passen in één rondje rond het atoom, konden de niveaus verklaard worden.  

Figuur 1 ‐ Het atoom met een geladen kern en een wolk elektronen.  

Figuur 2 ‐ Het Bohr atoom met verschillende schillen, opgevuld met elektronen. 

 Doordat alle elektronen nu op een constante afstand van de kern draaiden, begon men met het ordenen. Men noemde de niveaus, schillen, met de namen K, L, M, O en P. In één schil kon een beperkt aantal atomen, respectievelijk 2, 8, 18, 32, en 50. Deze getallen komen voort uit de formule 2n². 

                                                            1 http://en.wikipedia.org/wiki/John_Dalton  2 http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/light/bohr.html 3 http://en.wikipedia.org/wiki/Rutherford_model  

 8 

 De elektronen worden in de schillen opgevuld vanaf onderaf, beginnend met de kleinste schil, oplopend naar de grootste. De reden hiervoor is dat de natuur zo veel mogelijk energie wil besparen. De schil met het minste ruimte voor elektronen, de K‐schil, heeft ook de laagste energetische waarde, dus kost het de natuur het minste hoeveelheid aan energie. Deze lage hoeveelheid energie wordt onder andere bepaald door de afstand van de elektronen tot de kern en die is bij de K‐schil het kleinst. 4  Om de energie per niveau te berekenen geldt allereerst dat één omwenteling uit één golflengte moet bestaan:  

2   Daarnaast geldt dat de middelpuntzoekende kracht op het elektron gelijk moet zijn aan de coulombkracht.   

² ²² 

  Door de snelheid te halen uit de bovenstaande formule, volgt dat de energie van de energieniveaus wordt beschreven de formule voor kinetische energie in te vullen en hier het product uit de bovenstaande formule van af te trekken:  

²² ²

2 

 Met deze formule kan de hoeveelheid energie per energieniveau worden berekend. Om de waarde van het tweede niveau te verkrijgen moet men eerst de energie van het eerste niveau met n= 1 berekenen. Daarna moet de energie voor het tweede niveau n=2 daarbij worden opgeteld.  Uit de formule volgt tevens dat het energieverschil tussen de niveaus kleiner wordt, naarmate n groter wordt. Dit noemt in de wiskunde ook wel een limiet.  

1.2 Kwantummechanica 56 Het samenkomen van de oude kwantumtheorie waar het atoommodel van Bohr op was gebaseerd en de klassieke mechanica leek aanvankelijk goed te gaan. Uit de praktijk bleek echter dat de klassieke mechanica op subatomair niveau niet meer voldeed. Newton’s formules bleken enkel te kloppen voor de afstanden die wij in het dagelijks leven tegenkomen. Er werd een nieuwe theorie opgesteld, welke de oude atoommodellen en de natuurkunde totaal op zijn kop zette, de theorie van de kwantummechanica. De onzekerheidsrelatie van Heisenberg staat centraal in deze theorie. De onzekerheidsrelatie staat voor het feit dat hoe preciezer men de plaats van een deeltje bepaalt, hoe minder men de impuls kan bepalen. Dit geldt voor deeltjes, maar ook voor golven.     

                                                            4 Bohr Model, 22 Januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model 5 Uncertainty Principle http://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle 6 Greene, B, The Elegant Universe. (Vintage books,2003, p. 85‐130) 

Hiernaast staat een kader7 waarin aannemelijk gemaakt wordt dat de relatie een logische conclusie is. Tevens wordt in de kwantummechanica uitgegaan van een dualiteit van bestaan. Dit houdt in dat “dingen” eigenschappen van een deeltje hebben maar soms ook eigenschappen van een golf. Dit gaat op voor licht, elektronen en een aantal andere subatomaire deeltjes.  In de kwantummechanica zijn de energieniveaus gemakkelijker te berekenen:8 

∆1 1

 

 

  ∆  energieverschil tussen twee niveaus in joule  R = constante van Rydberg 1.09737·107 m‐1  ni = nummer van ondergelegen energieniveau. nh= 

nummer van hogergelegen energieniveau  Met deze informatie, gaan we nogmaals aandacht besteden aan het atoommodel van Bohr. Omdat de mens van orde houdt, stellen we de deeltjeseigenschappen op van subatomaire deeltjes. Doorgaans gebruiken we voor subatomaire deeltjes:  

Massa  Lading   Spin 

Echter, voor elektronen die om een atoom cirkelen, gebruiken we kwantumnummers. Er zijn vier vormen van kwantumnummers, namelijk: Overzicht kwantumnummers 

Getallen uit de reeksHoofdkwantumgetal  n 1,2, 3,… Nevenkwantumgetal  l 0, 1, 2 Magnetisch kwantumgetal  m ‐2, ‐1, 0, 1, 2 Spinkwantumgetal  s ‐0,5 of 0,5  Deze getallen zeggen los van elkaar zeer weinig, echter vormen ze in combinatie met elkaar een sleutel die elk elektron in een atoom uniek maakt. Dit was voorheen onmogelijk. Uit deze ordening kan direct een visualisatie 

gehaald worden, de elektronenconfiguratie.  

Figuur 3 ‐ Electronenconfiguratie 

Het aannemelijk maken van de onzekerheidsrelatie  Men moet zich voorstellen dat er  met een supermicroscoop naar een bewegend elektron wordt gekeken. Om de plaats van het elektron te bepalen, of beter gezegd, om het te kunnen zien bewegen, moeten we bijlichten met een lamp. De energie van het licht zal de impuls van het elektron veranderen. Kortom, hoe beter we de plaats van het elektron willen zien, door meer licht te schijnen, hoe minder zeker we kunnen zijn over de impuls van het elektron. Omgekeerd geldt hetzelfde. 

1.2.1 Elektronenconfiguratie De elektronenconfiguratie is een belangrijk begrip bij het begrijpen van fluorescentie. Omdat alle elektronen op een vaste locatie zijn te plaatsen binnen het atoom, is het mogelijk dit in kaart te brengen met een figuur. Figuur 3 geeft deze manier weer. Elk pijltje stelt een elektron voor, waarvan het elektron naar beneden spin down heeft, een negatieve spin van ‐0,5 en het pijltje omhoog een positieve spin van +0,5. De spin wordt in het volgende hoofdstuk verder uitgelegd.                                                               7 Uncertainty Explained  23 Januari 2009  http://www.pbs.org/wnet/hawking/strange/html/uncertain.html 8 Rydberg formula, 24 januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/Rydberg_formula 

 9 

 10 

2 ‐ Licht Om het verschijnsel luminescentie te verklaren is er meer nodig dan een idee over atoombouw en de chemische achtergrond daarvan. Ook het onderwerp licht uit de natuurkunde speelt een belangrijke rol bij het begrijpen van de processen die zich afspelen bij luminescentie. Eigenlijk wordt het proces van elektromagnetische straling uitgelegd, maar hierbij moet worden aangetekend dat licht een deel van het elektromagnetische spectrum is.   Licht bestaat uit drie componenten en we zullen ze allemaal uitleggen, om vervolgens een duidelijk beeld te kunnen geven van licht. Daarna wijdden we uit naar – voor de mens – onzichtbaar licht, en het eigenlijke elektromagnetisch spectrum.  Licht kan zich op twee manieren gedragen, als een deeltje en als een golf. Wanneer licht zich als een deeltje gedraagt, noemen we dat een foton.9 Daar ontstaat echter een probleem. Een deeltje heeft immers massa, maar een golf heeft geen massa. Afhankelijk van de meetopstelling vertoont licht dan ook eigenschappen van een golf, maar kan het ook eigenschappen van een deeltje vertonen.10 

2.1 Licht als deeltje Ten eerste is het nodig dat je weet wat een foton is. Daarvoor moeten we terug naar het basismodel van materie. Daar is uitgelegd dat een molecuul bestaat uit atomen en dat die bestaan uit een kern en een elektronenschil.  

2.1.1 Elementaire deeltjes We gaan het model nog verder uitspitten, als er op chemisch niveau al niet veel meer veranderd kan worden. We zijn dan inmiddels aangekomen bij de elementaire deeltjes, deeltjes die niet verder gesplitst kunnen worden. Elementaire deeltjes kunnen drie eigenschappen toebedeeld krijgen: 

• Lading • Spin • Massa 

Deze eigenschappen zijn gekwantiseerd, wat wil zeggen dat ze in een basiseenheid zijn uitgedrukt. Een kwantum is een ondeelbare hoeveelheid van een grootheid. De naam komt uit het Latijn, 

et woord ‘quantum’ ‘Hoeveel?’ betekent.waarin h

Lading 

11 

Lading is een natuurkundige grootheid met het symbool Q. De lading geeft aan in hoeverre een deeltje wordt beïnvloed door magnetische en elektrische krachten. Lading kan een positieve of een negatieve waarde hebben. Een eenheid om lading te meten is coulomb (C). In de natuur komt lading alleen voor in een veelvoud van de elementaire lading, welke 1,60217653 × 10‐19 C (coulomb) 

agt. bedra

Spin Er zijn 2 soorten elementaire deeltjes; fermionen en bosonen. Een elementair deeltje draagt zijn naam afhankelijk van zijn spin. De spin van een elementair deeltje geeft een eigenschap mee aan dat deeltje. Een elementair deeltje draait altijd met een vaste snelheid om zijn eigen as. Men kan spin vergelijken met een ronddraaiende bal. Stel dat men een stip tekent op een tennisbal en deze bal met spin 1 laat draaien. Men zal per volledige 360 graden draaiing van de bal de stip voorbij zien 

                                                            9 P.G. Hogenbrik, Natuurkunde Overal NG/NT 2 VWO (EPN, Houten, 2000, p.194) 10 Ir. A.P.J. Thijssen, Natuurkunde Samengevat VWO (Thieme‐Meulenhoff, 2006, p.128) 11 Encyclopædia Britannica, Ultimate Reference Suite, Quantum, 2009 

komen, zoals we zouden verwachten. Echter, als we de spin 0.5 maken, zullen we de stip eens per 720 graden draaiing langs zien komen. Hetzelfde geldt voor spin 2, waarbij de stip eens per 180 graden draaiing te zien is.  De spin is een getal, dat altijd positief is. Het kan een geheel getal (getallenverzameling Z) zijn, of een 

getal uit de verzameling    .  

Massa Massa van een elementair deeltje wordt uitgedrukt in elektronvolt (eV) en bedraagt 1.60217653(14)×10−19 Joule (J). 

2.1.2 Twee groepen De elementaire deeltjes zijn in te delen aan de hand van hun spin. Deze kan heeltallig of halftallig 

t de elementaire deeltjes verdelen in bosonen en fermionen.zijn. Je kun

Bosonen 

12 

Indien de spin een geheel getal Z is (heeltallig), wordt het elementaire deeltje een boson genoemd. Bosonen hebben meestal de eigenschap een kracht met zich mee te dragen, omdat ze de Bose‐

tiek ‘gehoorzamen’. Einsteinstatis

Fermionen Indien de spin een getal uit de verzameling   vormt (en dus halftallig is), wordt het elementaire deeltje een fermioon genoemd. Deze fermionen zijn nog weer te verdelen in quarks en leptonen.  Fermionen ‘gehoorzamen’ de Fermi‐Diracstatistiek en zij hebben massa.  Er zijn 12 verschillende fermionen, en omdat deze fermionen een lading hebben, bestaan er ook ‘antideeltjes’ van deze fermionen.  Daarnaast kunnen de fermionen worden ingedeeld in 3 families of generaties. Het enige verschil tussen deeltjes in een van de drie generaties is de massa. Lading en spin zijn in per generatie hetzelfde.13 Kijken we in de Binas, dan vinden we in tabel 26 een spin van 1 voor het elementaire deeltje foton. Natuurkundigen hebben het foton de Griekse letter gamma meegegeven (γ). De naam stamt af van het Griekse woord φως (phoos), wat ‘licht’ betekent.  

 11 

                                                            12 Elementary Particle, 22 januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/Elementary_Particle 13 Atkins, P.W., Physical Chemistry. (W. H. Freeman, 1982, p 449‐470) 

2.2 In een schema  Om het allemaal wat overzichtelijker te maken staat hiernaast een schema waarin duidelijk wordthoe het systeem van elementaire deeltjes in elkaarzit. In de eerste drie kolommen staan fermionen, in de laatste kolom staan bosonen, die met een blauwe kleur zijn aangeQuarks zijn violet aangegeven, leptonen zijn groen aangegeven, maar hierover wijden we niet verder uit. 

  

geven. 

2.3 Licht als golf Een foton is het kwantum van het elektromagnetische veld. Dit wil dus zeggen dat een foton het kleinste ‘deeltje’ is in een elektromagnetisch veld, de basiseenheid van het elektromagnetisch veld.   Maar doordat het foton tot de groep van bosonen hoort, is het ook een krachtvoerend deeltje, in dit geval van de elektromagnetische kracht. Doordat een foton geen massa heeft, kan het zijn elektromagnetische kracht heel ver vervoeren. Daardoor kunnen effecten op grote afstand optreden (denk aan het licht van de zon dat 150 miljoen kilometer bij ons vandaan is, maar toch binnen 8 minuten de aarde bereikt).  Hiermee is een van onze problemen opgelost. Aan het begin van het hoofdstuk schreven we dat er een probleem ontstaat wanneer licht een deeltje is. Volgens ons begrip had een deeltje immers een massa. Maar dankzij de kwantummechanica, hebben we ontdekt dat er ook ‘deeltjes’ zijn, zonder massa, de zogenaamde elementaire deeltjes. Maar hoe kan licht dan tegelijkertijd ook een golf zijn? Het antwoord hiervoor moet gezocht worden in het elektromagnetische veld.  

2.3.1 Elektromagnetisch veld Het elektromagnetisch veld bestaat in het gehele universum. Het bestaat uit twee delen. In het platte vlak, het elektrisch veld, loodrecht daarop het magnetisch veld.14  Het elektrisch veld verkrijgt zijn eigenschappen door niet‐bewegende elektrische lading. Het magnetisch veld daarentegen verkrijgt zijn eigenschappen door stroming van elektrische stroom. Een elektrisch veld kan een magnetisch veld opwekken (een elektromagneet in een MRI‐scanner of een PIN‐pas terminal), maar een magnetisch veld kan ook een elektrisch veld opwekken (denk hierbij bijvoorbeeld aan je dynamo).  Ieder deeltje dat zich in het elektromagnetisch veld begeeft, is onderhevig aan de zogenaamde Lorentzkracht.15 Eerder is uitgelegd waarom een foton tot de groep bosonen behoort. Het is een elementair deeltje dat de drager van een kracht is. Lorentz heeft uitgezocht wat voor kracht er in het elektromagnetisch veld werkt. Het foton is een drager van deze kracht (vandaar dat een foton een boson genoemd mag worden). De Lorentzkracht kan worden toegepast op licht, doordat door proeven is aangetoond dat licht interfereert. Dit kan worden verklaard door te stellen dat licht in twee vlakken golft, het elektrisch veld en het magnetisch veld. Verder is licht een transversale golf16, er trillen géén deeltjes!  De golven in het elektrische vlak en het magnetische vlak kruisen elkaar telkens in de oorsprong van de golf. 

2.3.2 Licht ook een golf Op deze manier hebben we laten zien dat licht ook een golf is. Wanneer we bezig zijn met licht, moet licht soms worden geïnterpreteerd als golf, maar soms als deeltje. Het is belangrijk om dit altijd in het achterhoofd te houden, wanneer je iets probeert te begrijpen van reacties waar licht bij komt kijken. 

                                                            14 Electromagnetic Field, 22 januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_Field 15 Ir. A.P.J. Thijssen, Natuurkunde Samengevat VWO (Thieme‐Meulenhoff, 2006, p.24) 16 Ir. A.P.J. Thijssen, Natuurkunde Samengevat VWO (Thieme‐Meulenhoff, 2006, p.124) 

 12 

2.4 Berekeningen maken met licht Het is mogelijk om de golflengte van licht te berekenen, doordat het foton naast een deeltje, ook een golf is. De componenten van deze golf zijn: 

‐ de richting waarin het foton wordt gepropageerd (uitgezonden) ‐ de golflengte λ (labda) 

Max Planck heeft hiervoor een formule ontwikkeld:  

E=h·f  Bovenstaande formule brengt de energie van een foton in verband met de frequentie. Hierbij is h de constante van Planck¸een getal dat is gedefinieerd door Max Planck zelf:  

h = 6,626069·10-34J·s

Aangezien de constante h niet veranderd kan worden, hebben E en f een verband met elkaar. Wanneer de golflengte λ korter is (dus f is hoger), dan bevat het foton meer energie.  Om de golflengte λ uit te rekenen, gebruik je de formule: 

·  

 Waarin E de hoeveelheid energie is in Joule per seconde, h de constante van Planck, λ  de golflengte in meter, f de frequentie in Hertz, en c de lichtsnelheid. De chtsnelheid luidt als volgt:  li

c = 299.792.458 Met deze formule kun je berekenen welke frequentie het licht heeft, maar ook wat de golflengte is, en de hoeveelheid energie dat het foton bezit. De hoeveelheid energie wordt in wetenschappelijke grafieken en schema’s echter in elektronvolt gegeven (symbool eV). 

1 eV = 1.60217653 ·10−19 J·s Om van de hoeveelheid energie in Joule per seconde om te rekenen naar de hoeveelheid energie in eV.

2.4.1 Elektromagnetisch spectrum17 In het elektromagnetisch spectrum bevinden zich golven die zich voortplanten met frequenties van 0 Hz tot meer dan 1,0∙1023 Hz. In dit elektromagnetisch spectrum bevinden zich radiogolven, infrarood, het zichtbare licht, ultraviolette straling, röntgenstraling en gammastraling. Uit deze opsomming blijkt wel dat slechts een klein gedeelte van het elektromagnetisch spectrum zichtbaar licht is. In de afbeelding hiernaast is dat ook duidelijk te zien. Na verder onderzoek blijkt dat licht een frequentie heeft van 4,3·1014 Hz tot 7,5·1014 Hz. Dat komt overeen met een golflengte van 380 nm tot 780 nm. 

Figuur 4 ‐ Zichtbaar licht beslaat maar een klein deel van het elektromagnetisch spectrum 

2.4.2 Lichtkleur Een zeer interessante eigenschap van de golflengte is nog niet besproken, namelijk de kleur. Het oog kan verschillende golflengtes onderscheiden, maar niet alle golflengtes uit het elektromagnetisch spectrum. Sommige horen we, andere voelen we 

                                                            17 Ir. A.P.J. Thijssen, Natuurkunde Samengevat VWO (Thieme‐Meulenhoff, 2006, p.135) 

 13 

misschien, maar er zijn ook golven die we met ons lichaam helemaal niet kunnen waarnemen, denk hierbij aan bijvoorbeeld het FM‐ of AM‐signaal dat radio’s opvangen, of de straling van het mobiele netwerk. 18 De golflengtes die we wel met ons oog kunnen zien liggen tussen de 380 nm en 780 nm (1 nm = 1,0·10-7 m).  

 14 

In figuur 5 is te zien welke kleur overeenkomt met welke golflengte. Hoe verder je de grens van 380 nm of 780 nm (in dit figuur 750 nm) nadert, hoe moeilijker het is om nog een naam te geven aan de lichtkleur. Dat komt doordat het langzaam onmogelijk wordt voor het oog om het licht nog op te vangen in de receptoren. 

2.4.3 Op de grens van het zichtbare licht Wanneer licht een golflengte van ongeveer 750 nm heeft, wordt het voor ons oog steeds moeilijker om het licht nog te zien. Op een gegeven moment is het zelfs helemaal niet meer zichtbaar, dat komt doordat de straling dan verandert van licht naar zogeheten infrarode straling. Dit is de straling die je op je huid kunt voelen als warmte. Deze straling bevat, hoe gek het ook mag klinken, minder energie dan zichtbaar licht. 

Wanneer licht een golflengte van ongeveer 400 nm heeft, wordt het voor ons oog steeds moeilijker om het licht nog te zien. Op een gegeven moment is het zelfs helemaal niet meer zichtbaar! Het ‘licht’ is er echter nog steeds, nu noemen we het echter ultraviolette straling (kortweg UV‐straling of UV‐licht). Wanneer deze straling op je huid valt, worden pigmentcellen geactiveerd en krijg je wat wij noemen een ‘bruin tintje’. 

Dit ultraviolette licht heeft méér energie dan zichtbaar licht. Dit kun je uitrekenen met de formules die op de vorige pagina zijn weergegeven. We hebben dit ook even uitgerekend met Excel, om te laten zien hoe de energie van het foton zich verhoudt tot de golflengte. 

   

                                                            18 Encyclopædia Britannica, Ultimate Reference Suite, Electromagnetic spectrum, 2009  

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

100 200 300 400 500 600 700 800 900

Ener

gie

E in

eV

Golflengte λ in nm

Energie van fotonen

Golflengte in nm

Figuur 5 – Golflengte in nanometer met daaronder de corresponderende kleur. De letters staan voor violet, blauw, groen, geel (yellow), oranje en rood. 

UV straling infrarood

Grafiek 1 – Hoeveelheid energie die een foton bezit, afhankelijk van de golflengte.

 15 

Tabel bij de grafiek 

λ in nm c h λ in m f in Hz E in J per s E in eV 200 299.792.458 6,63E-34 2,00E-07 1,4990E+15 9,9322E-19 6,20 220 299.792.458 6,63E-34 2,20E-07 1,3627E+15 9,0293E-19 5,64 240 299.792.458 6,63E-34 2,40E-07 1,2491E+15 8,2769E-19 5,17 260 299.792.458 6,63E-34 2,60E-07 1,1530E+15 7,6402E-19 4,77 280 299.792.458 6,63E-34 2,80E-07 1,0707E+15 7,0944E-19 4,43 300 299.792.458 6,63E-34 3,00E-07 9,9931E+14 6,6215E-19 4,13 315 299.792.458 6,63E-34 3,15E-07 9,5172E+14 6,3062E-19 3,94 340 299.792.458 6,63E-34 3,40E-07 8,8174E+14 5,8425E-19 3,65 360 299.792.458 6,63E-34 3,60E-07 8,3276E+14 5,5179E-19 3,44 380 299.792.458 6,63E-34 3,80E-07 7,8893E+14 5,2275E-19 3,26 400 299.792.458 6,63E-34 4,00E-07 7,4948E+14 4,9661E-19 3,10 420 299.792.458 6,63E-34 4,20E-07 7,1379E+14 4,7296E-19 2,95 440 299.792.458 6,63E-34 4,40E-07 6,8135E+14 4,5146E-19 2,82 460 299.792.458 6,63E-34 4,60E-07 6,5172E+14 4,3184E-19 2,70 480 299.792.458 6,63E-34 4,80E-07 6,2457E+14 4,1384E-19 2,58 500 299.792.458 6,63E-34 5,00E-07 5,9958E+14 3,9729E-19 2,48 520 299.792.458 6,63E-34 5,20E-07 5,7652E+14 3,8201E-19 2,38 540 299.792.458 6,63E-34 5,40E-07 5,5517E+14 3,6786E-19 2,30 560 299.792.458 6,63E-34 5,60E-07 5,3534E+14 3,5472E-19 2,21 580 299.792.458 6,63E-34 5,80E-07 5,1688E+14 3,4249E-19 2,14 600 299.792.458 6,63E-34 6,00E-07 4,9965E+14 3,3107E-19 2,07 620 299.792.458 6,63E-34 6,20E-07 4,8354E+14 3,2039E-19 2,00 640 299.792.458 6,63E-34 6,40E-07 4,6843E+14 3,1038E-19 1,94 660 299.792.458 6,63E-34 6,60E-07 4,5423E+14 3,0098E-19 1,88 680 299.792.458 6,63E-34 6,80E-07 4,4087E+14 2,9212E-19 1,82 700 299.792.458 6,63E-34 7,00E-07 4,2827E+14 2,8378E-19 1,77 720 299.792.458 6,63E-34 7,20E-07 4,1638E+14 2,7590E-19 1,72 740 299.792.458 6,63E-34 7,40E-07 4,0512E+14 2,6844E-19 1,68 760 299.792.458 6,63E-34 7,60E-07 3,9446E+14 2,6137E-19 1,63 780 299.792.458 6,63E-34 7,80E-07 3,8435E+14 2,5467E-19 1,59 800 299.792.458 6,63E-34 8,00E-07 3,7474E+14 2,4831E-19 1,55 820 299.792.458 6,63E-34 8,20E-07 3,6560E+14 2,4225E-19 1,51 840 299.792.458 6,63E-34 8,40E-07 3,5690E+14 2,3648E-19 1,48 860 299.792.458 6,63E-34 8,60E-07 3,4860E+14 2,3098E-19 1,44

  Ultraviolet licht heeft dus meer energie dan zichtbaar licht. Dit speelt een cruciale rol bij fluorescentie, dat we in een volgend hoofdstuk gaan bespreken.  

   

 16 

2.4.4 Verschillende gradaties ultraviolet licht Er zijn verschillende soorten ultraviolet licht te onderscheiden, drie om precies te zijn. Deze groepen zijn gemaakt aan de hand van de hoeveelheid energie die ultraviolet licht heeft. We geven ze de namen UV‐A, UV‐B en UV‐C. Voor de volledigheid staat ook vacuüm ultraviolet licht nog vermeld.19 

Categorie  van λ in nm  tot λ in nm  Energiegebied uitgedrukt in eV 

UV-A Ultraviolet-A (black light) 315 400 3,10 tot 3,94 UV-B Ultraviolet-B 280 315 3,94 tot 4,43 UV-C Ultraviolet-C 200 280 4,43 tot 6,20

VUV Vacuüm ultraviolet licht 10 200 6,20 tot 124  Alle categorieën ultraviolet licht zitten in het zonlicht dat de aarde bereikt, alleen wordt de meest energierijke categorie UV‐licht gefilterd door de ozonlaag in onze atmosfeer (een ‘laag’ in de atmosfeer met verhoogde O3‐concentratie).  

2.5 Samenvatting We hebben gekeken waarom licht een deeltje en een golf is. Hierbij vertoont het licht duaal gedrag, omdat het onmogelijk is om een theorie te ontwikkelen waarbij licht alleen een deeltje is, of alleen een golf. Beide theorieën lopen uiteindelijk ergens vast. Ook is duidelijk geworden dat de lichtkleur afhankelijk is van de golflengte, hoe korter die is, hoe blauwer het licht. Hoe langer deze golflengte is, hoe roder het licht. Licht van een kortere golflengte, bevat meer energie dan licht met een langere golflengte. 

Daarnaast is er straling die niet meer waar te nemen is met het oog, maar wel dicht bij het zichtbare licht ligt. Dit noemen we ultraviolet licht. Aan de andere kant van het zichtbare spectrum noemt men dit infrarood. Ultraviolet licht is in te delen in drie categorieën, UV‐A, UV‐B en UV‐C. 

                                                            19 http://de.wikipedia.org/wiki/Ultraviolettstrahlung#Unterteilung_nach_Wellenl.C3.A4nge 

3 ‐ Fluorescentie20 

 17 

Fluorescentie is een verschijnsel waarbij chemicaliën zelf licht gaan uitzenden wanneer ze zelf worden belicht met UV‐licht in plaats van dat ze licht reflecteren of enkel opwarmen. Op de afbeelding21 hiernaast is te zien dat het volledige kleurenspectrum aan licht is te verkrijgen als men maar de juiste chemicaliën gebruikt. De vraag is hoe het kan dat chemicaliën licht uitzenden wanneer ze worden belicht door UV‐licht.  

Om te beginnen moeten we terug naar het atoommodel van Bohr. Het atoom zoals beschreven in dit atoommodel heeft een aantal eigenschappen, één daarvan is het aanslaan van elektronen. De combinatie van energieniveaus en de elektronenconfiguratie maakt het mogelijk dat elektronen naar andere energieniveaus verplaatsen door invloeden van buitenaf.  

Figuur 6: Een serie fluorescerende stoffen die het totale zichtbare spectrum aan licht uitzenden.

Zoals eerder uitgelegd hebben energieniveaus in het atoommodel van Bohr een exacte energetische waarde waar elektronen aan moeten voldoen om in het energieniveau  te blijven. Wanneer een atoom in rust is, is de hoeveelheid energie in het atoom minimaal en zullen alle elektronen op het laagst mogelijke energieniveau blijven. Dit wordt de grondtoestand genoemd. Door het energieverschil tussen de niveaus aan te vullen met extra energie, kunnen elektronen zich verplaatsen naar een hoger energieniveau. Men moet zich realiseren dat elektronen energie hebben, de niveaus niet.  

3.1 Absorptie22 Om elektronen vanuit de grondtoestand naar een hoger niveau te brengen hebben ze extra energie nodig. Deze energie kan worden toegevoegd door energie in de vorm van hoog energetisch licht, ultraviolet licht.  

··λ

Wanneer een foton een elektron raakt, zal alle energie van het foton omgezet worden in energie die het elektron bezit, kinetische en potentiële energie.  

Een elektron met weinig kinetische energie trilt zeer minimaal op zijn plaats. Wanneer een elektron meer kinetische energie krijgt zal het elektron harder gaan trillen. Elektronen die ver van de kern verwijderd zijn hebben meer potentiële energie dan elektronen die dicht bij de kern staan. Deze hoeveelheid potentiële energie is dus afhankelijk van de afstand van de kern tot het elektron. 

 

 

 

                                                            20Fluorescence, 10 januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/Fluorescence 21 http://www.calvin.edu/academic/chemistry/faculty/muyskensmark/bottles.jpg  22 Rydberg formula, 24 januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/Rydberg_formula 

 

3.2 AStel dat voor hetjoule aa

 

Het is oode energgeld0

t da

Als rgie ene

het atoovan de laIn de res

Wanneezeggen waangeduafhanke

Als het etrillingssenergie.Gedurenaangege

Figuur 7 –energie venergien

Aangeslahet energievt omhoog brn energie he

 golfleng∆  energR = constantni = nummernh= nummer

ok mogelijk dgie die nodigt als  

 

 van het foto

om. Vanaf ditading van dest van deze s

er een elektrwe dat het auid met   olijk van het n

elektron zichsnelheid rond. Deze kinetisnde de aangeeven in figuu

– Een elektron van het foton oiveau te breng

agen toeverschil tusserengen van eeeft. Deze en

gte  ieverschil tute van Rydber van ondergr van hoger g

dat een fotog is om de ho

, dan word , dan zal h

on groter is d

t punt is het e elektronenscriptie word

on zich bevintoom zich bef  . De overnummer van

h eenmaal heddraaien ronsche energieeslagen toesr 8? Deze kin

absorbeert eeom zich naar eeen. 

estand ven twee eneeen elektron nergie wordt 

∆

ssen twee nerg 1.09737·gelegen energelegen ener

n meer dan ∆oogte te bere

dt de energiet elektron ndan het hoog

atoom een . dt uitgegaan 

ndt in een hoevindt in aanrige energienn het niveau.

eeft gevestignd de nucleue, zoals eerdestand, zal hetnetische ene

n foton en geben hoger 

 van een ergieniveaus naar het hogberekend d  o

1 1

iveaus 107 m‐1 rgieniveau. rgieniveau 

∆  joule eneeik n naar he e

e   omgezetnaar de bovegs ogelijkt m e

ion omdat d

van 0

oger energiengeslagen toniveaus word

d in een hogus, omdat deer gezegd, wt elektron kinergie wordt o

ruikt de Figto

 elektroexact ∆  jougere niveau, oo  formr de u

1

ergie heeft, net andere niv

t in kinetischenliggende be niveau, wer

e lading van 

 

eniveau vergeestand. Vaakden vaak aan

ger niveau za restenergie 

wordt geuit dnetische eneook wel vibra

guur 8 – Het veot een kritiek pu

n ule bedraagtis dat het foule: 

namelijk ∆veau. Voor d

e energie.  baan gaan. Inrkt het elektr

de kern ong

, tenzij an

eleken met dk wordt de gngeduid met

al het met eek die omgezoor het trilleergie verliezeationele ene

erval van vibratunt (emissie va

t. De voorwaoton minsten

 joule. ∆de overige en

n het geval daron zich volle

gelijk is aan d

nders aangeg

de grondtoesgrondtoestant   of  , 

en verhoogdezet is in kineten van een een in stapjes rgie genoem

tionele energiean groen licht)

arde ns ∆  

 is dan nergie   

at de edig uit 

de som 

geven.  

stand, nd 

e tische lektron. zoals 

md. 

e in stappen 

18 

3.3 EDit procstate” in

missie  es van energn figuur 8. Di

 gieverlies gaat is het punt

at door tot e w

een k

trillen zoterugvalplaats vaniveau wwordt vehet draaten opzi

Door deemissiefWanneedat is on

Voor de energien

3.4 PHet proctijdsduuvanaf hefoton ve

 Omdat dworden de UV‐laDe inten

               23Fluores24 Charac1984 

 

onder terug tllen, zal het ean een niveawaar energieeroorzaakt daien en het zchte van de 

 omzetting vfoton   Jouleer dit niet henmogelijk. 

emissie vanniveaus: 

Procesduces absorptier, ongeveer et absorbereerloopt via de

 = aanta = aantal m = vervalsfa verlopen

deze formulevervangen damp is uitgesnsiteit bij een

F = fluoresceε  = molaire a = afgelegd

                      scence 22 janucterization of 

te vallen naaelektron zelfau wordt gese bij vrij komtdoor het verloeken van dkern.  

van kinetische minder enet geval is, ko

 een foton g

uur e, aanslaan e0.5 tot 20 naen van een foe formule23: 

al moleculenmoleculen inactor, verschn tijd in seco

e ook geldt vdoor intensitschakeld. n ingeschake

entie intensitabsorp iecot ëde weg van h

                      uari 2009, httpQuinine and I

aar het elear een lager e

ritieke wektron niet lenergienivea

wa rde, de a oonderste streeep van de “Exited angzamer kaau. Tijdens h

an et 

f een foton ustegen, gedaat. Deze eneriezen van vibe energetisc

he energie inergie dan hetomt er energ

geldt dezelfde

∆

en emissie heanoseconde.oton tot het 

· ·

n in aangeslan grondtoesthillend per stonden. 

voor een oploteit van het u

elde UV‐lamp

 

teit in lux ëfficiënt in mhet licht in de

 p://en.wikipets Determinat

uitzenden omald wordt nagie staat gelbrationele ench meest gun

 warmte, het absorptie fie uit het nie

e formule als

1 1

eeft een zee. De gemiddeuitzenden va

gen toestandand of 

ossing met zuitgezonden 

p24: 

  2.3ε 

m/mol e oplossing in

dia.org/wiki/Ftion, Donald T

mdat er, in aar een lagerijk aan ∆ . Dnergie tijdennstige positie

eft het oton. ets bij, maar 

s de eerder g

1 

r korte elde tijd an een 

d 

el moeer ve llicht. Deze in

 

n m 

FluorescenceT. Sawyer, Wi

r Dit ns e 

gegeven form

leculen, mogntensiteit ge

lliam R. Heine

Figuur 10 de fluores

Figuur 9 ‐ van 3 naar

mule voor 

De hoeveelheir 2 is: ∆

gen  en eldt enkel wa

eman, Janice M

‐ De gemiddeldscentiefase van

d energie 

 anneer 

M. Beebe, 

de tijdsduur van een stof.

n 

 19 

lichtintensiteit per mol  =   = efficiëntie in fotonen abso

k = wrptie/ fotonen emissie 

aargenomen aantal fotonen/fotonen emissie 

 de kwantummechanica25 

de elektronen een preferabelean elkaar hebben. Zoals

bepaaldzoalsde kern van een atoom positief is geladen en 

 e 

  

  

t de rgetisch meest gunstige plaats – het laagste punt van  blauwe pijl de lijn van E1 kruist. De afbeelding laat ook  lang is als de blauwe pijl.26 

d in E1 mogelijk is, zal het elektron in stapjes naar het  v’= 0 gaan. Tijdens deze stapjes wordt vibrationele energie omgezet in warmte. 

anneer het elektron op het laagste niveau is, bevindt het elektron zich op het eerder besproken n zonder naar E0 terug te vallen.  

                                                           

3.5 Toevoeging vanDe kwantummechanica stelt dat de kern en 

 positie ten  eerder 

d 

 20 

opzichte vgd 

waarin n atoom zo weinig mogelijk energie uitgele is de grondtoestand een toestan

 eeheeft.  door gaan de elektronen naar de Hiermeest  giegunstige positie. Deze enerenergetische positie wordt niet alleen 

 het door de golflengte van een elektron, 

 in  atoommodel van Bohr. Doordat 

de elektronen negatief zou volgens het oude model een elektron te allen tijde aangetrokken moeten worden tot de kern enhoe dichter het elektron de kern nadert, hogroter de aantrekkingskracht. In de kwantummechanica is dit niet het geval. Er is een punt waarop een elektron het hardst wordt aangetrokken door de kern. Dit wordtweergegeven in figuur 11. De x‐as is deafstand van het elektron tot de kern, de y‐as vertegenwoordigt potentiële energie van het elektron.   Omdat de kwantummechanica berust op kansrekening, is de kans het grootst dat het elektron zich in de grondtoestand bevindt in het laagste punt van E0. Wanneer een elektroneen foton absorbeert, gaat het elektron naar eenhoger energieniveau, E1. Zoals aangegeven meblauwe pijl, komt het elektron niet op de eneE1. Het elektron komt uit op het punt waar dezien dat de energie van het foton precies even

Doordat er een energetisch gunstigere toestanlaagste punt

Figuur 11 ‐ Twee verschillende energieniveaus: Grondtoestand E0 en aangeslagen toestand E1.

Wkritieke punt. Het kan niet langzamer trille

   

  Franck‐Condon principle, 20 november 2007http://en.wikipedia.org/wiki/Franck‐Condon_principle 25

26 Atkins, P.W., Physical Chemistry, (W. H. Freeman, 1982, p 449‐470) 

 21 

Het dal van de potentiële‐energiecurve zoals in figuur 11 is te beschrijven als een paraboolbaan. Deze baan behoort bij de functie:  

² 

V = potentiele energie van elektron 

0.5 · ·2

k = constante voor de bindingskracht  Re = laagste punt van E0  R = coordinaat tenopzichte van Re.    

De vibrationele energie per niveau is als volgt te beschrijven:  

 

= vibrationele energie   = hoeksnelheid  h  = constante van Planck  V = potentiele energie van elektron 

 

De hoeksnelheid uit de formule voor vibrationele energie, wordt als volgt berekend: 

 

 = hoeksnelheid in radialen per seconde  µ = Gereduceerde massa   k = constante voor de bindingskracht 

 

De formule voor de gereduceerde massa µ luidt als volgt: 

1 1 1 

µ = Gereduceerde massa    = massa elektron   = massa kern 

 

Omdat de kernmassa vele malen groter is dan de massa van het elektron geldt: 

 

Wanneer het elektron terugvalt, zal het zelf een foton uitzenden met de energie die gelijk is aan de groene pijl. Net zoals het elektron dat van E0 naar E1 ging en niet op de energetisch gunstigste plaats terecht kwam, komt het elektron dat nu weer niet. Het elektron zal verder vibrationele energie verliezen en warmte produceren tot het laagste punt van E0. Vanaf dit punt is het atoom weer in de grondtoestand en in staat fluorescentie te vertonen. 

Kort samengevat in chronologische volgorde wordt nog een keer uitgelegd hoe fluorescentie optreedt. Een foton met genoeg energie komt in botsing met een atoom in grondtoestand. De energie van het foton wordt omgezet in potentiële energie en kinetische energie waardoor een 

mming en warmteproductie valt het elektron naar een hoger energieniveau verspringt. Na afre

 22 

elektron terug naar de grondtoestand en zendt hierbij een foton met minder energie uit dan het foton dat op het atoom in grondtoestand viel. 

instein, zegt da3.6 Uitzonderingen 

t het onmogelijk is om een elektron aan  te overbruggen energieverschil. Dit komt eveneens 

ie hierboven. Elektronen moeten in één keer genoeg energie rgieniveau te springen. Echter, chemie zou chemie niet 

zijn r uitzonderingen. Uit recent onderzoek16  helaas is de uitvinder onbekend – is gebleken t licht van lage energie. Als we de 

energie van een UV‐foton delen rmenigvuldigen met twee, hebben ton die een golflengte  onder speciale omstandigheden fotonen groen oplichtende oorzaken.  

ktron raakt, krijgt dit ele gie en zal gaan trillen. Dit is niet hoger energieniveau te brengen. Maar wanneer dit foton nog trilt 

en e a , dan is de energie gelijk aan één UV‐foton welke lekt nen naar een hogere baan kunnen brengen. Om dit te bewerkstelligen zijn er echter extreme omstandigheden nodig en zelfs dan is de kans dat het verschijnsel optreedt klein. Men heeft een 

stations die 500 MW leveren, of vierhonderdd  a 2,5 MW per stuk. Naast deze zeer intense belichting moeten twee fotonen n met een tussenpose van maximaal 0,1 

nde, duizend miljoenste van  seconde. Dit is tevens de reden waarom een  vorm van fluorescentie. Het vermogen 

 kans aannemelijk wordt dat een elektron  geraakt door een foton. Deze technologie wordt 

oo  t g.27  

 

 

 

 

 

 

Het foto‐elektrisch effect, beschreven door Ete slaan met licht van een lagere energie dan hetterug in de uitleg over fluorescentkrijgen van een foton om naar een hoger ene

 zonde –     e  p  e laten treden me

 door twee – of de golflengte ve heeft van rood licht. Het blijkt dat

 fluorescentie kunnen ver

ktron extra ener

dat het wel mogelijk is om fluorescenti o t

we een fo twee rode

Als één rood foton een elegenoeg om een elektron naar een 

r v lt nóg een rood foton op het elektronroe

laser met een energie van 1 TW/cm² nodig, ter verge jking: dit staat gelijk aan 2000 energieliuizend windmolens

 elkaar opvolge een miljoenste

s voor deze de

femtosecolaser met een dermate groot vermogen nodig i

ie zo groot is, datzorgt voor een fotonendichtheid dbinne  een 0,1 femtoseconde tween  keer wordt

ral oegepast bij fluorescente beeldvorminv

 

 

 

 

 

 

                                                            27 Fluorescent double photon imaging,22 januari 2009 http://www.bris.ac.uk/Depts/Synaptic/info/imaging/imaging_1.htm 

4 ‐ 

 

Fosforeselkaar, hnanosecnagloeiemet enkzeker we

4.1 TOm het uitgeleg

Fosfo

en triplevan een figuur 12hebben 

In de tri

Vanaf digrondtoit proc

dDuitzon eenergie weer terwat een

 

               28 Atkins,

Figuur 1toestan

scentie is eenhet enige verconden, echten van fosforkele uren verel noemensw

Triplet everschil tussd wat het ve

oresce

et zijn statusselektron +0,2 weergeveneen singlet g

plet staat zij

it punt gaat hestand en hees heet “inteerlijke gevallweer worderug te vallen miljard maa

                      , P.W., Physica

12 ‐ Het verschnd. 

n zusterversrschil is de veter fosforescrescentie genrlengd wordewaardig. 

n Singlesen fluoresceerschil tussen

entie

sen waar de ,5 en ‐0,5 zijn als een pijltgrondtoesta

n de spins el

het bij fosforet uitzendener‐system croen energetisen omgezet in naar de singal een miljard

                      al Chemistry, (

hil tussen single

chijnsel van erschijningsdentie kan wenoemd. In heen. Het versc

et28 entie en fosfon singlet en tspin van eenn. In de singtje omhoog end, omdat d

lkaars evenb

rescentie ann van een eleossing” en issch gunstig. Nn warmte toglet grondtod maal lange

 

 W. H. Freeman

et en triplet 

fluorescentiduur van de vel tientallen et bijzijn vanchil tussen fl

orescentie tetriplet is en hn elektron inlet staat zijn en een pijltjeit vrijwel alti

beeld, tweemOmdatde direverbodgevalleomwegdoor eeaangesenergietoestaen zal zie figu

ders dan bij ektron, kan es door de omNa de overstt het kritischestand en zijer kan duren,

n, 1982, p 449‐4

e. Ze lijken inverschijnseleseconden aan een stabilisuorescentie 

e beschrijvenhet wat het vn kan verkerede spingetae naar benedijd minder en

maal een post volgens eenecte transitieden is, maar den wel gunstig nemen. Diterst op de zeslagen te woeniveau te gand verliest hweer afzakkeuur 11.  

fluorescentieen elektron mkering van dteek naar dehe punt v’’=0jn spin om te, wordt even

470) 

n praktijk enen. Fluoresceanhouden. Dator kan dit en fosforesc

n moeten eeverschil tusseen. Zoals bekllen elkaars tden. De meenergie kost. 

itieve spin bn aantal vaste van singlet de triplet staiger is, moett zal het elekelfde wijze alrden en naaraan. In deze het elektron ven tot het kr

e. In plaats vook naar eede elektronsp triplet toest0. Nu is het ee keren. Gedneens een fo

 theorie sterentie duurt eDit wordt hetverschijnsel centie is klein

erst worden en beide is. Skend, kan detegengesteldste molecule

ijvoorbeeld. gestelde vernaar triplet aat in sommit een elektroktron moetenls fluorescenr een hoger aangeslagenvibrationele ritische punt

van afdalen nn lege tripletpin alleen in tand zal vibraelektron in stdurende dit pton uitgezon

rk op een paar  zelfs n, maar 

Singlet  spin de, in en 

 rboden 

ige n een n doen ntie 

n energie , v’ = 0 

naar de t gaan. 

ationele taat om proces, nden.  

23 

Om dit in een diagram af te beelden is het mogelijk om de elektronspin door middel vanpijltjes aan te geven. In figuur 13 staat niet 

taangege

 

Samenvattend valt te zeggen dat het verschil de n dit 

alleen fosforescentie, ook fluorescentie en verval zonder straling zijn in he  diagram 

ven.  

4.2 Samenvatting 

tussen fluorescentie en fosforescentie vorm van energieverwerking is. Men kaproces vergelijken door fosforescentie te zien als het opslaan van water in een langzaam lekkend potje. Fluorescentie is in dit geval wateropslag in een zeef. Essentieel bij fosforescentie is het begrip van singlet en triplet status. 

Figuur 13 – Een ingewikkeld Jablonski‐diagrgekronkelde lijnen wordt er geen foton

am. Bij de  uitgezonden, wanneer 

het elektron terugvalt. Bij de rechte lijnen gebeurt dat wel. 

 24 

5 ‐ Chemoluminescentie Chemoluminescentie is een proces waarbij lichtenergie uit een chemische reactie. Soms isvan UV‐licht of

 gegenereerd wordt ten gevolge van vrijgekomen  het uitgezonden licht voor ons niet zichtbaar, in de vorm 

 infrarood licht, maar in de meeste gevallen bevindt het licht zich binnen het voor ons zichtbare spectrum.  

 groepen: 

scentie. Deze reactie komt voor onder door de mens orbeeld in een reageerbuis. inescentie. Dit komt onder andere voor bij vuurvliegjes, atsvindt in het achterste deel van het lichaam van de 

wavele onderzoeken blijkt echter da

ook veel efficiënter dan de reacties uitgevoerd in

Er zijn twee basismodellen voor chemoluminescente reacties: 

A + B   C*+ D C*  C + licht (reactie 1)

A + B   C* + D     C* + K   K* + C   K*   K + licht   (reactie 2) 

Net als bij fluorescentie en fosforescentie, is er energie nodig die een atoom in aangeslagen toestand brengt. Deze wordt in het geval van chemoluminescentie geleverd door veel energie bevattende chemicaliën. De meest gebruikte verbinding is het energierijke peroxide, bestaande uit twee enkelgebonden zuurstof atomen:  O – O. Deze binding is instabiel, maar door deze instabiliteit ook zeer reactief. In praktijk wordt waterstofperoxide HO – OH veel gebruikt om de reacties te doen verlopen.  

Reactie (1) wordt ook wel de luminolreactie genoemd en is de simpelste van de bovenstaande reacties. Zoals de naam al doet vermoeden, is deze reactie vernoemd naar de chemoluminescente reactie tussen luminol en waterstofperoxide, waarbij fel blauw licht wordt geproduceerd. Voor de reactie in zijn algemeen reageren twee stoffen met elkaar, waarvan één meestal zeer veel energie bij zich draagt. Een voorbeeld hiervan is het eerder genoemde waterstofperoxide. Deze twee stoffen reageren tot stof C, welke aangeslagen is door de hoeveelheid vrijgekomen energie. Dit wordt in de vergelijking aangeduid met een sterretje (*). Deze aangeslagen toestand is exact dezelfde toestand als de toestand die atomen aannemen bij fluorescentie. Er zal bij het terugvallen van een aangeslagen molecuul dan ook maar één atoom in het molecuul zijn dat een foton uitzendt. Wanneer een stof meerdere chemoluminescente groepen bevat, is het mogelijk dat er meerdere atomen een foton uitzenden, maar nog steeds per groep één foton. 31  

 

                                                           

5.1 Reactietypen Chemoluminescentie is op te delen in twee

Synthetisch gegenereerde chemoluminegecreëerde omstandigheden, bijvo

Biologisch gegenereerde chemolumwaarbij een zeer efficiënte reactie plavlieg. 

Voor beide groepen geldt hetzelfde principe, uitzenden. Uit 

arbij stoffen in aangeslagen toestand licht t biologische reacties vaak veel complexer zijn, maar  laboratoria. 2930 

 29 Chemiluminescence, 22 januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/Chemiluminescence  30 Bioluminescence, 22 januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/Bioluminescence 31 Chemiluminescence, 22 januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/Chemiluminescence 

 25 

In het geIn het geeval van luminol wordt dde reactie dan als volgt: 

  In prakt

 

iverrichteverandeOH‐ te gen op mbloedvlegekome

In tegentussen Ageprodutoegevoen zelf wbestaat van K* za(1) omdslaan en

 

               32 Chemi

Figtwwaintgr

ijk wordt de en. Luminol eren in het diebruiken. Om

muren, zelfs nekken op te sn, nu nog aa

nstelling tot rA en B voldoeuceerd. Omdoegd. Deze towel licht uitzein het algemal een foton at deze zelf tn licht uit te l

                      luminescence

guur 14 ‐ In de wee mogelijke daterstofperoxidtersystem crosondtoestand (S

luminolreacheeft nameli‐anion, echtmdat ijzer inna meermalesporen. Het an te tonen d

reactie (1) is ende energieat C* zelf nieoegevoegde enden wann

meen over uitworden uitgte inert is omaten zenden

                      e, 22 januari 2

afbeelding wodi‐anionen  ankde (niet afgebessin  gaat het ig oS0)  endt het z m

ctie veelvuldiijk volgens hter is het ook het heem vaen wassen, mis mogelijk odat daar bloe

reactie (2) ee opgewekt wet in staat is stof kan de eeer de elektt zeer veel begezonden. Stm te reageren.32  

 

 009, http://en

rdt weergeven veranderen. Eeeld in de figuuon over in singlmolecuul een bl

ig gebruikt bhet reactiesck mogelijk oman rode bloemaakt dit de lom bij murenedvlekken he

een volledig awordt, wordlicht uit te zenergie van dronen binneenzeengroeptof K zal zelf n, echter is h

n.wikipedia.o

n hoe het stabieEen van de aniour) aangeslagenlet toes Sauw foton .

tand ( uit

ij recherchethema in figum ijzer of kopedcellen zit eluminolreactn waar twaalebben gezete

ander type ret reactieprodenden, wordde aangeslagen het molecpen en is zelfnooit voorkohet dus wel m

rg/wiki/Chem

ele luminol in bonen wordt doon naar de Triple1) en bij het ter

teams die muur 14 OH‐ noper als vervaen achterblijftie uiterst gef jaar geledeen. 

eactie. Doorduct C in aandt stof K aan gen toestanduul terugvalf fluorescentomen als eenmogelijk om 

miluminescenc

bij zijn van OH‐ or et staat. Via rugvallen naar 

oordonderzoodig om zich angingsproduft in kleding, eschikt om en bloed op i

dat in reactingeslagen tode reactie d van C* opnlen. Deze stot.  Bij de relan A of B bij redeze stof aa

in 

oekte 

 

uct van tapijt 

s 

e 2 oestand 

nemen of K xatie eactie an te 

ce 

 26 

5.2 Efficiëntie33  Omdat een perpetuum mobile onmogelijk is, kunnen we bij reactie (1) en (2) spreken over  efficiëntie. Deze efficiëntie bestaat in tegenstelling tot enkel de hoeveelheid opgenomen fotonen en uitgezonden fotonen bij fluorescentie en fosforescentie, uit een stuk meer variabelen, waardoor de efficiëntie van de reactie naar beneden gaat.  

De efficiëntie, ook wel kwantumopbrengst, van chemoluminescente reactie 1 (ΦCL) is gebaseerd op drie variabelen:  

• ΦCE   De kans dat A en B een aangeslagen reactieproduct C* achterlaten. Deze kans is hooguit in de orde van 10‐3 of kleiner. Wanneer A en B altijd zouden reageren tot C* zou ΦCE = 1 gelden.  

• ΦF   De kans dat het aangeslagen product C* vervalt naar de grondtoestand en hierbij een foton uitzendt in plaats van verval in de vorm van warmte. Deze kans is gemiddeld genomen ongeveer 0.1 

• ΦR   De kans dat de moleculen, A, B, of C* zich gedragen naar het ideale model en alles reageert naar het gewenste product en geen bijproducten gevormd worden. Deze kans is in vrijwel alle gevallen bijna 1.   

De kwantumopbrengst ΦCL wordt dan: 

De kw rden, allen tussen één en nu  voor reactie ): 10  · 0.1 · 0,95 = 0,000095 een rendement van 0,0095% 

.  

ans is 

*

r 

 

 

   

                                                           

ΦCL = ΦCE  ·  ΦF  ·  ΦR 

antumopbrengst van chemoluminescentie wordt bepaald door drie waal. Wanneer van reële waarden wordt uitgegaan is een normale kwantumopbrengst‐3  (1

Net als reactie (1) heeft reactie (2) ook een formule voor de kwantumopbrengst, deze is echter anders opgesteld omdat de reactievorm ongelijk is aan de vorm van reactie (1). In plaats van dat reactieproduct C* zelf een foton uitzendt, draagt het foton energie over aan K wat later een foton zal uitzenden. ΦF  (de kans dat er een foton wordt uitgezonden) wordt vervangen door twee kansen

• ΦET   De kans dat het overdragen van energie tussen C en K volledig gebeurt. Deze kongeveer gelijk aan 1 

• ΦF’  De kans dat de aangeslagen kleurstof K  een foton uitzendt bij verval naar de grondtoestand. Deze kans is in tegenstelling tot de kans bij ΦF veel groter, namelijk ongevee1. Dit komt doordat een kleurstof enkel de functie heeft om fotonen uit te zenden.  

De kwantumopbrengst voor reactie (2) 

ΦCL = ΦCE · ΦR · ΦET  · ΦF’ 

Als de reële kansen voor de kwantumopbrengst ingevuld worden, verkrijgt men: 10‐3 · 0,95 · 0,95 · 0,95 = 0,000857375, een rendement van ongeveer 0,086% Een aanzienlijk hogere waarde dan bijreactie (1).  

 

 33 Chemiluminescence Explained (Lumigen 2002) 

 27 

6 ‐ Lumin se centie in de praktijk Zoals in de inleiding al te lezen was, zijn er ongelofelijk veel toepassingen van luminescentie te vinden in de directe omgeving. Een paar hiervan hebben wij onderzocht en daar gaan we in dit hoofdstuk nader op in. We zullen de volgende stoffen behandelen: kinine, aesculine, fluorescine, 

 die je kunt doen met luminescentie, zijn niet mogelijk zonder UV‐licht. Vandaar 

V‐lamp die licht uitzend op een frequentie van 365 nm. Er was echter een pro e ezedan tienwerd. D n UV‐lamp te maken, estaande uit LED’s. Deze LED’s zenden licht uit op een frequentie van 395 nm. De frequentie is ie

fjes blekeprima mee uit te voeren, beide lampen zenden im  UV‐A licht uit (zie paragraaf 2.4.4).  Het principe van de lamp is heel eenvoudig. Er zijn

inclusief kkers en krimpkous. De kosten 

 houtblok gezet, waar een  zit. n 

 

diphenyloxalaat (gebruikt in breaklights), zinksulfide en quantumdots. Ook een korte toelichting op de UV‐lamp die we hebben gemaakt. 

6.1 UV­lamp Veel van de proevendat wij ook een oplossing moesten vinden, om UV‐licht te verkrijgen. Hiervoor gingen we aanvankelijk naar een van de technisch onderwijs assistenten en wel die van natuurkunde ‘toa Jan’. Hij had voor ons een U

ble m. D  lamp was al oud, en mocht niet langer  minuten aanstaan, omdat hij anders te warm aarom besloten we om zelf ee b

ts n er mers

 35 

hoger dan de oude lamp, maar alle proe

LED’s aangesloten op een voeding van 12V. Elke LED heeft een eigen weerstand van 370 Ω. Het kostte ongeveer tien uur om alles aan elkaar te solderen, 

 bananenstewaren ongeveer €3,70. Vervolgens hebben we een plaatje aluminium gekocht, en daarin op regelmatige intervallen een gat geboord met een diameter van 5 cm. Hier passen de LED’s in, 

mits er een beetje kracht wordt gezet. Daarna hebben we deze aluminiumplaat in een

Figuur 15 – Zelfgebouwde UV‐lamp 

 gleuf in  Op deze manier blijft de UV‐lamp vertikaal staan zonder dat deze hoeft wordevastgehouden.  

 28 

 

Schema 1 – Het schema van de UV‐lamp 

 

6.2 FFluoresconderzovoeren ohebben Dit werdFluorescgebruikt

6.2.1 SFluorescresorcin

 

Fluoresc521 nm,hoeveelopgelosttabellenvan zuurbladzijde

6.2.2 NNaast deverschijnzuurgraaLide, 200pH’s. Dein triplo  

ExperimBij het tonatronlogebruikt

Gebruik390nm U

               34 Lyde, D

Figuur 16

luorescceïne is de eeoeksfase. Tevomdat de stowij gewerkt d ons verstreceïne wordt gt als kleursto

Stofeigenceïne wordt gol onder een

ceïne heeft e, groen licht.heid UV‐licht. In onopgenboeken (Wikrgraad. Wij he34 

NaOH – He standaardening van chead wordt aan06, blz 8‐18)e Jong en De uitgevoerd. 

ment oetsend ondoog 0,01 M. t als indicato

kte opstelliUV‐lamp. Be

                      D.R., CRC Han

6 – De synthese

eïne erste fluoresvens was dit of goed verkmet een 99,

ekt door de logebruikt in dof. 

nschappegesynthetisen katalysator

een maximal Deze groent bestaat. Fluloste vorm iskipedia.org ehebben dit ge

HCl titrateigenschappemicaliën totngeduid met stelt dat fluGraaf hebbe 

derzoek hebbHierbij hebbor voor de be

ng staande uit 

                      dbook 86th e

e van fluoresceï

scente stof wde meest brrijgbaar was,95% zuivereokale opticiede medische 

en eerd uit één r van zinkchl

e absorptiege kleur is zeeuorescentie s fluoresceïnen CRC Handetoetst, resu

tie onderen van fluortaal kan verat de afkortingoresceïne kleen hierbij ee

ben wij een sen wij 1 millepaling van h

UV‐leds op 1

 edition, (Taylo

ïne 

waar wij meeruikbare stof s in zeer zuivee stof, goedgens in kleine wereld en d

molecuul ftaoride.  

golflengte vaer intens, zeltreedt enkelne een bruinrdbook, Lide 2ultaten en uit

r fluorescescente stofnderen, eeng pH. Het CReurverandern toetsend o

standaardtitrigram fluorehet omslagpu

12V, 20mA. 

r and Francis 

e hebben gewom onze proere vorm. In ekeurd voorstrips, bevate biochemie

aalzuuranhyd

n 494 nm, delfs in het dagl op wanneerode vaste st2006) zijn inttvoering zijn

ceïne ffen, zijn er o daarvan is v

RC Handbookring vertoontonderzoek ui

ratie uitgevoesceïne 99,95unt.  

Group, 2006,

werkt gedureoeven mee uonze onderzr farmaceutisttende 100me, de felgroen

dride en twe

e maximale eglicht wat uitr de stof in etof. Volgens ensiteit en g te vinden o

ook bijverschverandering k of Chemistrt onder UV‐litgevoerd en

oerd met zou5% farmaceu

 p 8‐18) 

ende de uit te zoeken sche toepassmg fluoresceïne kleur wor

ee moleculen

emissiegolflet een kleine een oplosmidnaslagwerkegolflengte afhp de volgend

hijnselen die in zuurgraadry and Physicicht bij wissen hebben een

utzuur 0,01 Mutische kwali

singen. ïne. rdt ook 

n 

engte is 

ddel is en en hankelijk de 

de d. De cs (David elende n titratie 

M en teit 

29 

Statief met buret (100 ml) gevuld met 100 ml natronloog 0,100M. licht van de UV‐lamp. 

ret. gen aan 

Handbook zou fluoresceïne onder pH 4 geen fluorescerende werking moeten vertonen en kleurloos blijven. Bij een pH‐waarde die 

roen fluoresceren. Als dit punt wordt bereikt, wordt de ns de 

eveer 18 ml natronloog aan 20 ml zoutzuur moesten toevoegen.  

Resultaten en waarnemingen Bij de toevoeging van fluoresceïne aan de 20 ml zoutzuur trad er geen kleurverandering op zoals volgens het CRC Handbook had gemoeten. Toch hebben wij de titratie uitgevoerd met een negatief resultaat. Er was geen duidelijk omslagpunt, echter werd wel duidelijk dat de intensiteit van de fluorescentie toenam naarmate de pH‐waarde naar 7 ging. Met deze resultaten werd de toetsing nogmaals uitgevoerd, maar dan met een concentratie vermenigvuldigd met honderd – HCl‐oplossing 1M en NaOH‐oplossing 1M.  Bij toevoeging van fluoresceïne aan 20 ml zoutzuur was een sterke vergeling van de oplossing waarneembaar, na toevoeging van ongeveer 15 ml natronloog kwam de kleur van fluoresceïne terug.   

.3.2 Samenvatting 

ving 

n  

 

Dimmer om de opstelling af te schermen van licht buiten het uitgezonden Bekerglas gevuld met 20 ml zoutzuur 0,01M. 

Opzet en geplande werkwijze De titratie begint met het noteren van de beginstand van de hoeveelheid natronloog in het buHierna wordt het zoutzuur geneutraliseerd door druppel voor druppel natronloog toe te voehet zoutzuur en dit zodoende te neutraliseren. Volgens het CRC 

hoger dan 4,5 is, zal fluoresceïne felgeindstand opgeschreven en door berekening de pH‐waarde van fluoresceïne berekend. Alvoretitratie werd uitgevoerd verwachtten wij dat we ong

6Onder de omstandigheden van het uitvoeren van het experiment, is aangetoond dat fluoresceïne een vaag omslagtraject heeft waarbij de kleur van fluoresceïne naar vaag groen in zure omgenaar felgroen in neutrale en basische omgeving gaat. Er was echter geen mogelijkheid om een perfect donkere ruimte te creëren, waardoor het omslagpunt minder duidelijk werd. Verder nemewij aan dat de resultaten uit het CRC Handbook wel onder ideale omstandigheden zijn verkregen. Er zal dus waarschijnlijk een onduidelijk omslagpunt liggen tussen pH = 4 en pH = 5.  

 30 

6.4 KKinine Een van de eerste sttoffen die wee als zijnde luuminescent vvonden op inn

 

blauw oeen hogin de supvervolgebewust Tdie er wals we hhebben bekergla

bekerglazien. Wastraalde

6.4.1 OKinine kKinine isworden 

6.4.2 KAfgezienmalaria,medicijnnieuwe door kinin het licbloed zoDaarnaawel bijw

Figuur 1rechts e

plichtende sgere concentpermarkt, deens met een Tonic Light, 

wel in zoudenet proberenwe de inhouas gevuld, de

aasjes te verganneer we men, fluorescee

Oorspronomt van de Cs een van de Cinchona al

Kinine aln van de fluo, tot de Eerstn, is de effectkinine in hetnine alleen gechaam zittenodra er geen ast is kinine kwerkingen ge

18 – Links een ben bekerglas m

stof die tegenratie te krijge inhoud in everwarmplaomdat daar n zitten, zal d in te dampeud in een kleeze gevuld m

gelijken. Hetmet ultravioleerde de oplo

ng Cinchona bostoffen die dkaloïden gen

ls mediciorescerende te Wereldootiviteit van ht lichaam komeblokkeerd in, worden zekinine meerkoortsremmeven. 

bekerglas gevulmet kinine erin,

nwoordig woen, hebben ween klein bekaat ingedampgeen natuure inhoud vanen. Toen de sin bekerglas 

met water geh

t verschil in let licht van 3ossing licht m

oom, die oorsde boom pronoemd. In de

ijn eigenschap vrlog begon. het medicijn.mt. De parasn de rode bl niet gedoodr aanwezig isend. Hoewel

ld met water, , onder UV‐lich

ordt gevondewe een fles Tkerglas gedaapt. We gebrurlijke suikers n het bekergstof voldoengedaan en hhouden, om 

uminescenti395 nm op hemet een golfl

spronkelijk uoduceert. Stoe boom word

van kinine, wDe reden da Die gaat nasieten die maoedcellen. Wd. Hierdoor ks. l ongevaarlij

ht Figuur

en in tonic eternet, wasn bitter lem

 kinine. Kininne is een oon. Om dezee

Tonic Light gan en deze uikten hiervoinzitten. Waglas karamellde was ingedhet naast eende beide 

ie was duideet bekerglas engte van 45

uit het Andesoffen die doodt cinchonidi

was het 300 jt het vervanmelijk verloralaria in het Wanneer de pkunnen ze zic

k om in te ne

r 19 – Fles tonic

gekocht 

oor anneer liseren dampt, nzelfde 

elijk te kinine 50 nm. 

s gebergte inor de boom wine gesynthe

jaar lang eengen werd doren wanneerlichaam versparasieten och weer verm

emen, kunne

F

c licht ook op o

n Zuid‐Ameriworden gemetiseerd naar

n medicijn teoor een ander er niet telkespreiden, woop een andermenigvuldige

en hoge dose

iguur 17 – Cinc

 stof in 

ka komt. 

onder UV‐licht 

maakt r kinine.  

egen er ens orden re plaats en in het 

es kinine 

chona bloem

31 

6.5 A 

Aesculine 

Naast flureageerfluorescaesculinkastanjeglucosem Wij heb

gekook

uorescente cbuizen, zit dcente chemicne, bestanddeboom. Aescmolecuul me

ben vanwe

chemicaliën e natuur oo

in potjes en k

caliëk vol met 

n. Een vaeel van 

an deze stofffen is hars 

culine is  en sap van dde 

een et één re

glucoside, eeen stgrr

geeft licgehoudehydrolyshet mogoplossintoeren p

 

Figuur 2Aesculin

Figuur 2

htblauw lichen. Een keerseert met eegelijk de vastng vijf minuteper minuut. 

0 – Een kastanne oplost in het

21 – Structuurfo

t wanneer hzijde aan aesen halfwaardte deeltjes uien in een cen

jetak in een pot water. 

ormule van Aes

het in oplossisculine is de etijd van ongit de oplossinntrifuge te la

 

ot water, waarb

sculine 

gram tat

resultee

sterk fluheldere oplossin

ng onder UVhydrolyse. Ageveer 4 dagng te halen daten draaien 

bij  

gkken van ee

e de matige 

oep.   

oplosbaarheeid 100 n

t om de oploerde na filtra

n kastanjebosbaarh

oom een halff uur eid tee verhogen. DDit 

tie in een zeer donker, mmaar 

uorescerendee bruine 

ng. AesculineV‐licht wordtAesculine gen. Echter isdoor de op 16.000 

e t 

s 

Figuur 22 met gecenAesculine

– Een erlenmentrifugeerde ope. 

eyer gevuld plossing 

 32 

 33 

6.6 Fluorescentielamp t in de maatschappij veelvuldig voorkomt is de zogenaamde 

uorescentielamp. Een ander woord hiervoor is tube luminescent. We willen benadrukken dat ‘TL‐buis’ een onjuiste benaming is voor deze fluores al het woord ‘buis’, zij het in het Engels. Het principe b n lange staaf – die, wanneer er elektriciteit door stroom

Zoals de naam al doet vermoeden, treedt hier ogemakkelijk te verklaren dat dit fluorescentie m erlijke stoffen bij elkaar gedaan, waarna een onomkeerbare reactie ontstaat (chemoluminescentie). Ook hebben we proefondervindelijk gezien, dat een stroomschakelaar omzet. Hierdoor kan fosforesblijft fluorescentie over. 

6.6.1 Het principe E  de edelgassen krypton, a ide uiteinden van de

dt dor het glas. Op de binnenkant an de glazen buis wordt daarom een fluorescerend poeder gedaan, meestal zinksilicaat met andere stoffen er doorheen gemixt. Door het ultraviolette licht wordt de stof geëxciteerd, waardoor het een mengsel van de poeders licht uitzendt dat lijkt op wit licht. Door de samenstelling van het poeder op de binnenkant van de buis te veranderen, kan de kleur ook beïnvloed word

6.6.2 Experimenteren met een fluorescentielamp We vroegen ons echter af, of er nog speciale voorwaarden zijn, voordat een fluorescentielamp licht gaat  geprobeerd om van buitenaf ultraviolet licht op een fluorescenti orescentie te maken. Na proefondervindelijk te hebben ervaren dat er op deze manier niets gebeurde, is de buis, in een plastic zak in de vuilcontainer kapot geslagen, waarna de stukken glas en het poeder in een schaaltje zijn opgevangen. Toen we dit poeder blootstelden aan ultraviolet licht met een golflengte van 395 nm, of 365 nm, gebeurde er beide keren niets. De verklaring hiervoor moet zijn dat het poeder – de exacte samenstelling blijft een geheim van de fabrikant – pas licht gaat uitzenden bij ultraviolet licht met een kleinere golflengte. 

6.6.3 Samenvatting Het poeder aan de binnenkant van de buis, licht niet op bij een golflengte van 365 nm of hoger. 

   

Een ander voorwerp wafl

cerende lamp. In de afkorting TL zit namelijk erust op een buis – vaak in de vorm van eet, licht gaat uitzenden. 

ok een vorm van luminescentie op. Het is oet zijn, immers worden er geen afzond

TL‐lamp niet nagloeit, nadat men de centie ook weggestreept worden uit het lijstje en 

te glazen buis, gevuld met buis 

zitten metalen elektroden, die zijn voorzien van een coating, waardoor elektronen gemakkelijk worden afgegeven aan het gas in de buis. Er gaat stroom door het geïoniseerde Kryptongas en de kwikdamp, waardoor dit ultraviolet licht gaat uitzenden. Dit licht komt echter niet buiten de lamp, omdat het licht tegengehouden wor

en fluorescentielamp bestaat uit een luchtdichrgon en kwikdamp. Aan be

v  

Schema 2 – Elektrisch circuit van een fluorescerende lamp 

en. 

 uitzenden. Aanvankelijk hebben weelamp te schijnen en zo flu

Figuur 23 ‐ Fluorescentielampen 

6.7 GGlowsticks / Breeaklightts  Chemolulamp gevooral glooprou

 

noodsigminsten

6.7.1 DOmdat bkunnen waarbij breakligIn figuurdaarin eeen tranlamp breglazen bchemolu

ChemieVoor de RijksunivonderzobreakligIn break 

• • •

De reactzijn watestof K. O       

               35 Glowst36 Cyalum

uminescentibaseerd op dgeschikt als late te markernaal te geves acht uur m

De bouwbreaklights gworden op echemoluminht.  r 25 is te zieneen glazen bunsparante vloeken. Bij dezbuis breken(4uminescente

e van breekgehele werkversiteit Grooek verricht nhts. klights zitten 

Ester van eeWaterstofpeEen chemolu 

tie hierbovenerstofperoxiOmdat produ

                      tick, 21 januarme, 23 januari

e heeft vele de lichtgevenangdurig werren, maar oon. Het grote 

meegaan en b

w van breageen elektriceen gewenstnescente stof

n dat een breuis met een goeistof(3). Oze beweging 4). Dit heeft e reactie leve

klampen36 king van breaoningen gewenaar de chem

drie stoffen

en fenol of eeeroxide uminescente

n bevat drie de en de estuct C nog onb

                      ri 2009 http:// 2009, http://

toepassingende werkingrkende herkeok voor duikevoordeel vabovenal geen

aklights iteit nodig ht moment is ffen gemeng

eaklight bestgekleurde vlom de lamp lizal het plastals gevolg daeren(5). 35 

aklights zijn eest waar eemische react

: 

en afgeleide 

e kleurstof 

chemicaliënter respectiebekend is sta

 /en.wikipedia/en.wikipedia.

en, een daarv van chemolenningslampers om herkean deze lampn elektriciteit

 ebben, maarer een mechgd worden b

taat uit een poeistof(2) enicht te laten tic omhulsel at de stoffen

wij een dag en vijfdejaarsie in en optim

hiervan en o

. Dit stemt ovelijk stoffenaat de totaal

a.org/wiki/Glo.org/wiki/Cya

van is de breuminescentep om bijvoorend te worde

aklight. Een e reacties. Dbeeld een teen, 

breaklight isDeze lampen errein of een

s een zijn  

leger om eepen is dat ze t nodig hebb

r wel ingeschhanisme bedij het breken

plastic omhun buiten de ggeven moet meebuigen n mengen en 

naar de sstudent schmalisatie van

oxaalzuur 

overeen met n A en B. De reactie in str

ow_sticks  lume 

of in het ter plekke aaben.  

hakeld acht n van een 

ulsel(1) met glazen buis men de en de een 

eikunde n 

reactie (2) ochemoluminructuren op 

an te zetten 

op pagina 25nescente klede volgende

Figuur 24 – E1) Plastic om2) Gekleurde3) Transpara4) Glazen bui5) Reactie tu

n zijn, 

stof is 

ester 

. Hierbij ure pagina.  

Een breaklightmhulsel e vloeistof nte vloeistof (eis ssen kleurstof 

ester)

en 

34 

 

  In praktisubstituen het wdeze gevΦCE  = 10Ook pH  De kleurhoge maafhankegebruikt Kleur Blauw Groen Gee rl‐g oYellow Oranje Rood       

6.7.2 Tcorre

m te t O othuislabgedaan  

               37 Chemi38 How lighttp://ch

ijk wordt de eren voor chwaterstofpervallen kan de0‐4 worden 

 v

verandering

rstoffen zijn ate van activlijk welke got in breeklam

Stofn9,10‐9,10‐

oen  Tetra1‐ChRubrRhod

      

Toetsingctheid va

oetsen of deoratorium eom te contro

                      luminescenceghtsticks workhemistry.abou

Figuur 25 –reageert muitgezonde

ester van fehloor‐ of nitrroxide een ste kwantumoverhoogd naaen en ander

allen zeer coviteit wanneeolflengte lichmpen zijn3738

naam ‐difenylanth‐bis(fenylethaceen loor‐9,10‐bisreen, Rhodamdamine B 

     

gsonderzoan gegeve

 informatie uen onderzoeoleren of de 

                      e, 22 januari 2k, 25 januari2ut.com/od/ho

– Oxidatie van fmet de kleurstofen). 

nol en oxaalrogroepen. Dtuk heftiger, pbrengst voar ΦCE  = 10

‐3

e toevoeging

omplexe aromer energie wt ze uitzende: 

raceen hylnyl)anthra

s(fenylethylnmine 6G 

oek chemens 

uit de gelezeek uitgevoerdreactie tusse

 009, http://en009 wthingsworkf

fenyloxalaatestf (dye) en de kl

zuur vaak veDoor deze sumaar gaat oor de reactie3.  gen, zoals sa

matische verordt toegevoen bij het ter

aceen 

nyl)anthrace

 

molumine

en lectuur klod. Bij dit onden de vloeist

n.wikipedia.o

faqs/a/howlig

ter en waterstoeurstof raakt a

ervangen doobstituties wook het rendee tussen de e

alicylzuur ver

rbindingen, doegd aan de rugvallen. En

en 

escente k

opt, hebben derzoek hebbtoffen gelijk 

rg/wiki/Chem

ghtsticks.htm 

ofperoxide. De aangeslagen (er

Figuu

or waterstofordt de reactement van dester en het w

rhogen de lic

deze verbindstof. Het is vnkele stoffen

 kleurstof

wij in lokaalben we kruiswas.  

miluminescenc

daaruit gevormr wordt licht 

ur 26 – Structu

f van het fentie tussen dee reactie omwaterstofpe

chtopbrengst

dingen hebbevan het molen die worden

ffen en 

 112 en in Mlinkse toevo

ce 

mde stof 

urformule van 

ol te e ester mhoog. In roxide 

t.  

en een ecuul  

Max zijn egingen 

Rhodamine B

35 

 36 

Allereerst hebben wij in de zuurkast bij practicumlokaal 112 een serie breeklampen met uiterste precisie opengewerkt. Wij troffen een transparante, olieachtige vloeistof aan, wat overeenstemt met de eerder gelezen lectuur. Tevens zaten er gekleurde glazen buisjes in de plastic huls. De inhoud van deze glazen buisjes had een fluorescerende werking wanneer deze onder UV‐licht werden gehouden. [plaatjes]. De transparante vloeistof uit een groene breaklight hebben wij (1) genoemd, de gekleurde vloeistof (2), bij de rode breaklight hebben wij de transparante vloeistof (3) en de gekleurde vloeistof (4) genoemd.   Wij hebben deze stoffen aan elkaar toegevoegd:   

(1) +  (1) +  (2) +   licht      (3)  +  (4)   Blauw licht 

 

 jn.  

m waterstofperoxide aan te tonen, hebben wij 0,2 gram mangaan(II)oxide toegevoegd aan 1 ml 

ls laatste hebben wij aangetoond dat olieachtige vloeistof (1) en (3) een ester is. Dit hebben wij  door pH  waterstofperoxide en de ester van oxaalzuur en fenol beide l zijn en xaalzuur vrijkomt, zou de zuurgraad moeten dalen. Dit  wij aan % waterstofperoxideoplossing toe te voegen. Dit 

we reageren, aangenomen was dat de reactie was afgelopen. Hierbij moet  worde  gasvorming 

em  deze hebben wij laten reageren met blauw espapier.  een rode kleuring van het papier, waaruit kunnen wij concluderen 

t het zeer waarschijnlijk is dat de olieachtige vloeistof een ester van fenol en oxaalzuur is.  

ot nu t getoond dat: (1) en (3) de ester uit reactie uit figuur 25 is. Tevens hebben e aangetoond dat het correct is dat in buis (2) en buis (4) in ieder geval waterstofperoxide en een 

kleurstof zitten. 

 

 genomen. Dit is te zien  figuur 28 en 29 op de volgende bladzijde. 

 

(2)   Groen licht      (2)  +  (3)   Groen licht (3)   Geen zichtbare reactie   (2)  +  (4)   Donker mengsel  (4)   Blauw 

   Door deze combinaties in te passen in reactie (2) uit paragraaf 5.1, kunnen we concluderen dat stof(1) en stof (3) hetzelfde zijn, of dit de ester is, is nog onbekend.  Tevens is duidelijk dat de gekleurde vloeistoffen, waarvan de lectuur zegt dat het waterstofperoxideen een kleurstof zijn, inderdaad deze stoffen zi Ogekleurde vloeistof. Mangaan(II) oxide heeft een katalyserende werking op de zuurstofafgifte van waterstofperoxide en zou er gasvorming waargenomen moeten worden. Deze verwachting was correct.   Agedaan  controle. Omdatneutraa  bij de reactie het zure ohebben getoond door aan buis (1) 0,5 ml 25hebben wij t e uur laten vermeld n dat wij niet zeker zijn van enige opgetredenUit het reacti engsel is één druppel genomen,lakmo  Het resultaat wasda T oe hebben we aanw

 

Invloed van warmte‐energie We hebben ook uitgetest of warmte de intensiteit van reactie doet beïnvloeden. In een reageerbuislieten we het fenyloxalaatester en de kleurstof reageren, waarna we er eerst een foto van namen in de open lucht. Vervolgens stopten we het reageerbuisje in een bekerglas heet water. Vrijwel meteen werd de intensiteit van het licht veel hoger. Hier hebben we ook een foto vanin

   

Figuur 27 – Reactie tijdens kamertemperatuur (20°C of 293  

Figuur 28 – Reactie in een bekerglas heet water (70 °C of 343 K) K)

6.7.3 Samenvatting Uit de resultaten van de proeven kunnen wij concluderen dat er in de plastic huls een ester van 

terstofperoxide aanwezig zijn. Verder is het ogelijk dat de fabrikant, waar wij geen contact mee konden krijgen, toevoegingen doet om de 

oxaalzuur en fenol zit, of een afgeleide van fenol. Daarnaast is aangetoond dat er in de gekleurde glazen buisjes chemoluminescente kleurstof en wamintensiteit van het licht en de brandduur van de lampen te verhogen. Dit is echter niet proefondervindelijk na te gaan. 

   

 37 

6.8 Open dag op Stad en Esch Zuideinde Omdat proefjes met oplichtende stoffen doorgaans veel verbazing opwekken bij mensen, hebben we besloten om op de open dag van Stad en Esch Zuideinde voor aanstaande brugklassers ons profielwerkstuk te presenteren. Dit gebeurde op 27 januari 2008 in het scheikundelokaal. We hielden hierbij een inleidend praatje op het niveau van 12‐jarigen. Daarna lieten we ze een bankbiljet zien onder ultraviolet licht. Vervolgens lieten we de kinderen zelf een kleurstof uit de breaklights mengen met het ester. In figuur 30 en 31 een impressie van de dag. Links het team, in het midden de verschillende proefopstellingen (waaronder het zoutenpracticum, het apparaat van Hoffman en het verbranden van magnesium). Rechts tenslotte een foto van onze proefopstelling met de kleurstoffen en de ester. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

 

Figuur 29 – Van links naar rechts en van boven naar beneden: Bas, Janine, Max, Suzanne en Lotte.  Figuur 30 – Impressie van de Open Dag op Stad en Esch 

Zuideinde op 27 januari 2008. 

 38 

6.9 Quantumdots ­ Lezing chemiekring DSM Zwolle 

.9.1 Theorie  quantumdot heeft een diameter van 2 tot 10 

anometer, dat komt overeen met 20 tot 50 atomen. Wanneer de vorming van quantumdots niet wordt eïnvloed, hebben ze meestal een grootte van 10 tot 50 

nm. Een quantumdot bevat tussen de 100 en 100.000 atomen. Een quantumdot is in feite een zeer klein kristal dat bestaat uit een stof. Meestal is dat een kristal van CdSe, CdTe, of CdS. 

Om de grootte van de quantumdots te beïnvloeden heeft zijn team van wetenschappers de zogenaamde ‘Hot‐ejecton methode’ ontwikkeld, waarbij de uantumdots van een oplossing waarin ze stabiel zijn, ondergedompeld worden in een hete oplossing, waarbij de uantumdots zich opnieuw vormen.  

Doordat quantumdots kleine kristallen zijn, vormen ze een net raster wanneer ze naast elkaar liggen. De onderzoekers hadden echter een probleem. De bolletjes vormden in de praktijk geen cirkels, 

 met lood‐oleaat. Dit oleaat heeft een afstotende werking op der uit elkaar komen 

ster bij elkaar te liggen, terwijl het de bedoeling was da en. Na enkele menten hebben ze de vervuiling uit de reactie weten te halen en behaalde men het gewenste 

sultaat. 

 kunnen uitzenden. De kleur van het licht wordt niet bepaald door de samenstelling van de quantumdot, maar door de grootte van de quantumdot. Daarnaast speelt de vorm van het raster waarin de dots liggen, een rol. 

Hoe groter de quantumdot is, hoe minder energie deze zal uitzenden bij het fluoresceren. Hoe kleiner de quantumdot is, hoe blauwer het licht zal zijn (en dus energierijker). De verklaring hiervoor ligt in de zogenaamde band gap.  

   

Door de docent Harry van der Gronde, werden wij uitgenodigd om op 25 november 2008 een lezing bij te wonen, die gerelateerd was aan het onderwerp van ons profielwerkstuk. Hier proberen we een kort verslag neer te zetten van de avond. Exact uitleggen wat de afgestudeerde chemicus precies heeft gedaan is voor ons helaas onmogelijk, omdat de stof erg complex was. Eerlijkheid gebiedt te zeggen dat zelfs sommige leden van de chemiekring moeite hadden om alles te begrijpen.  

De spreker op de avond is Rolf Koole. Hij heeft onderzoek gedaan naar het verschijnsel quantumdots. 

Figuur 31 – Rolf Koole

6Een

 39 

n

b

 q

 q

maar sterren, omdat ze vervuild warende quantumdots, waardoor ze ver te liggen. Zo kwamen ze in de vorm van een 

t alle dots een cirkel vormdexperire

Fluorescentie Het bijzondere aan deze quantumdots is, dat ze alle soorten licht

Figuur 32 – Oplichting van quantumdots met verschillende grootte. De quantumdots links zijn kleiner dan de quantumdots rechts. 

Figuur 33 – Quantumdots in alle kleuren van de regenboog. De mogelijkheden zijn eindeloos. 

Band gaap Deze baquantummolecul

Een elekeen elek

nd gap is op mdots) kunneen dicht bij e

ktron wil hetktron zo wein

de volgendeen elektroneelkaar liggen

 liefst zo dichnig mogelijk 

e manier uit en van de aton.  

ht mogelijk benergie. Van

te leggen. Inomen vrij be

bij de kern vanwege het Pa

n een vaste swegen door

an het atoomauliprincipe,

stof (zoals he de gehele 

et gev

 

echter gDaaromze zogenfeite een

ValentieWe ondenergiebenergieb

Wanneekan, sprzowel do

VerschilIn een mgemakkedraad wEr bestaklein stueen elekband. Dideze eneproduceTenslottdeze tween elek

een isola

In de tabbandgapfoton mtwee for

Waarbij 

 In dit genodig hetempera 

               39 http://le

geen twee ele cirkelen de naamde (enen verzamelin

eband en gelerscheiden tband (waar dband. De val

er een elektreken we vanoor fotonen 

llende geleidmetaal overlaelijk geleidin

wordt gebruikan ook halfgukje uit elkaaktron nog weit is wat er gergie verbrueert. te zijn er nogee banden zktron om ove

ator.  

bel hierondeps, daarnaasoet hebben rmules: 

·j k de boltzm

eval hebbenebben om eatuur. 

                      exikon.calsky.c

ektronen deelektronen nergie)bandenng van elektr

leidingsbandtwee soortendus elektronentieband lig

on van de van geleiding. Gals door the

ders appen de valng op. Vandakt. geleiders, waar liggen. Meel overspringebeurt in je ikt en daarb

g vaste stoffeo groot is, daer te springe

er staan enket uitgerekenom de band

·    (for

mannconsta

 we de  tweeen stof  te  la

                      om/de/txt/b/bo/

zelfde eigenniet meer in n op, naarmaronenbanen,

d n banden. Teen in ronddrgt het dichts

alentieband Geleiding is hermische ene

entieband ear dat voor h

aarbij de banet voldoendegen naar de acomputer, vij heel veel w

en waarin heat het onmon, men spre

ele stoffen md welke golfgap te overb

rmule 1)

nte39 is  

k = 1,3

eede  formuleaten geleide

 

 /boltzmannkons

schappen heeen lijn om date er meer a die heel dic

en eerste de raaien) en test bij de kern

(de gevulde het transportergie plaatsvi

n de geleidinhet vervoere

nden een e energie kanandere andaar dat warmte 

et gat tussen gelijk is voorekt dan van 

met hun flengte een bruggen met

of met 

380 6505· 10

e gebruikt, oen. De eerste

stante.php 

ebben (dus pde kern van atomen in eeht bij elkaar 

valentiebann tweede de van

band

 het ato

) naar dt van elektrisinden! 

ngsband elkaen van stroom

n 

r 

t zijn energie

  ·

-23 J K-1

om uit  te  ree  formule  is 

Figuur 34 –aanwezig), isolator. Quhalfgeleide

v

m rondcirkele mogen er in

al is bijaste stof, d

 o

en. He

oordat 

t liefstn een

t heeft  vaste sstof 

precies dezelom 

fde energie))het ato hen vaste stofliggen. 

d, de hoogste geleidingsbom. 

de geleidingssche lading. 

aar. Er treedtm naar je hu

e. Dit kan wo

·    (for

kenen welkenodig bij he

– Links de bandin het middenuantumdots zijers. 

heen, maar z. oeken 

f zitten. Dat is in 

t gevulde band, de laaggste lege 

sband (de legge band) Dit transportt kan 

t dus erg is, een metaalen 

gap van metaa

rden gedaan

rmule 2) 

e golflengte et berekenen

 de halfgeleidejn vergelijkbaa

al (die is niet er en rechts een

n met 

fotonen n van de 

r met n 

40 

Benodigde energie van een foton om de bandgap te overbruggen Chemische stof  eV   †  λ in nm  λ in m CdTe (Cadmium Telluride)  1,49 832 8,32E‐07CdSe (Cadmium Selenide)  1,73 717 7,17E‐07CdS (Cadmium Sulfide)  2,42 512 5,12E‐07ZnS (Zink Sulfide)  3,6 344 3,44E‐07ZnTe (Zink Telluride)  2,25 551 5,51E‐07

Ge (Germanium)  0,67 1851 1,85E‐06† De waarden komen uit 40 

Merk hierbij op dat Germanium eenveel makkelijker geleid (foton met

 veel lagere bandgap heeft (maar 0,67 eV), waardoor deze dus  

d ee banden. Hoe groter de nanodot 

is, hoe meer elektronen moeten vechten om een plekje in de valentieband. Daardoor worden de nd groter en komen ze dichter bij elkaar te liggen. Op deze manier kan een 

 de 

mdot ook roder licht uitzenden wanneer het elektron terugspringt naar de  dan blauw licht (1,75 eV tegenover 2,75 eV 

neer het elektron weer terugvalt in de 

 deel ging Rolf Koole ons vertellen wat hij op dit moment voor toepassingen en zijn nog niet verder onderzocht omdat enommeerd Nederlands elektronicabedrijf 

ngelseuor tor  is het de bedoeling 

van breking. Hierdoor wordt het licht jkant van het glas getransporte het dan omgezet kan worden in energ t de fotoelektrische platen nog maar he   ts d  het g l gel orden. Tot 

ode om het licht na t van het glas te ansportere r het glas nog teveel licht van een fre orlaat, kan met quantumdots 

van een bepaalde grootte, precies da  nog niet voldoende werd pgevangen. Hierdoor wordt de efficiëntie  veel groter. 

                                                           

 veel minder is energie benodigd). Dit is te verklaren doordatGermanium geen zout is, maar een metaal. De tabel is niet te gebruiken voor quantumdots, omdat deze in grootte kunnen variëren, waardoor de eV‐waarde van de bandgap significant kan verschillen. 

Het bijzondere aan de bandgap bij quantumdots Doordat quantumdots uit relatief weinig atomen bestaan, zijn de valentieband en de geleidingsbannog niet zo dik. Er bestaat nog een duidelijke grens tussen de tw

valentie‐ en geleidingsbafoton welke op een grote quantumdot valt, een elektron met behulp van minder energie naargeleidingsband brengen.  Daardoor zal de quantuvalentieband. Rood licht heeft immers minder energievan het blauwe licht). Er komt ook minder energie vrij wanvalentieband. 

6.9.2 Quantumdots in de praktijk Na dit erg technischevoor de quantumdots heeft onderzocht. Deze toepassingRolf het onderzoek heeft verlaten en inmiddels bij een gerwerkt. 

“Fluorescent concentrators” Een ‘fluorescent concentrator’ is een ingewikkelde E‘geavanceerde zonnecollector’ bedoeld wordt. Bij een fldat door middel van fluorescerende kleuren, verwerkt in het glas, licht gevangen blijft in het glas, door gebruik

 term waarmee eigenlijk een escent concentra 41

 te maken   naar de zierd, waar  ie. Doordael klein hoeven te zijn (slech e dikte van las) kan vee d bespaard w

ar de zijkann. Wannee quentie do

voor kort was er echter geen goede methtr

t licht worden gefilterd, dat van de zonnecollectoro

   

 40 Streetman, Ben G. Sanjay Banerjee, Solid State electronic Devices (New Jersey: Prentice Hall, 5th edition, 2000, p. 524) 41 http://www.esqsec.unibe.ch/pub_308.pdf

 41 

Quantumdots als hulpmiddel voor de chirurg Doordat quantumdots oplichten wanneer er ultraviolet  a  mogelijk zijn om een tumor ntumdots (figuur 35 

haamseigen cellen, of anden door het lichaam42. D

tumorcellen, waardoor d urg ml precies kan zien, of er nog stuk van d

ten, om deze indien nodig,  te 

n van quantumdots 

 

g nste reactie op papier op te stellen voordat wij 

3

actie goed en gaf ons de chemicaliën mee. In de zuurkast bij lokaal t drogen 

 totaal 

en toe te voegen: Europium. Dit element wordt toegevoegd om de fosforescente reactie te laten verlopen. Tevens 

voegingsreactie aan het zinksulfide dermate complex was dat het geen mogelijkheid was om te gebruiken. 43  

                                                           

licht op v 

lt, zou het te markeren met qua

impressie), ingekapseld in licgeeft een een  re 

cel die niet wordt afgestote eze cellen hechten zich dan aan de  e chir et ultraviolet licht hee ken  e tumor in het lichaam zit  wegsnijden.  

Mogelijke bezware  Doordat men er nog niet achter is, wat er gebeurd wanneer een quantumdot op zichzelf door het lichaam zwerft, durft men het nog niet aan om deze methode ook bij mensen toe te passen. Muizen waarbij quantumdots ingekapseld in lichaamseigencellen in vivo werden ingebracht, stierven soms na 5 uur. Men weet niet 

Figuur 35 – Oplichtende bloedvaten die zijn gemarkeerd met quantumdots. 

hoe het lichaam deze quantumdots afbreekt. 

6.10 Zinksulfide  Het tweede experiment dat op ons programma stond in oktober 2007, was het maken van zinksulfide. Na gelezen te hebben dat zinksulfide de fosforescente mogelijkheden in glow‐in‐the‐darksterretjes vertegenwoordigt, kregen wij het idee dat het erg gemakkelijk was om dit materiaal te maken.   

6.10.1 De proefbeschrijvinOm te beginnen, waren wij verplicht om de gewezinksulfide bij technisch onderwijsassistent Wiersema mee konden krijgen. Dit was een simpele neerslag:  

‐(aq)        ZnS + 2 Na+ + 2Cl‐ 2 Na+(aq) + S2‐(aq) + Zn2+(aq)+2 NO De heer Wiersema keurde deze re112 voegden wij deze stoffen bij elkaar. Er trad een neerslag op zoals verwacht, enkel herestte ons nog. De reactie is in figuur 36 te zien.  Bij het testen van het droge mengsel NaNO3 en ZnS, stuitten wij op een probleem. Er tradgeen fluorescentie of fosforescentie op. Onze conclusie op dat moment was dat er iets was fout gegaan. Wat dat was, was echter volstrekt onduidelijk.  

6.10.2 Additioneel literatuuronderzoek Na extra literatuuronderzoek bleek dat wij een exotisch element waren verget

bleek dat de prijs van dit element boven ons budget lag en de toe

 

g/wiki/Zinc_sulfide 

42 http://www.mpg.de/english/illustrationsDocumentation/documentation/pressReleases/2004/pressRelease200403121/index.html 43 Zinc sulfide, oktober 2007, http://en.wikipedia.or

 42 

6.10.3 Samenvatting Samenvattend was dit tweede experiment een mislukking doordat een te complexe reactie voor onodig was om het gewenste product te synthetiseren. Een techemicaliën en bovenal was een slecht literatuuronderzoek de basiHier zijn we later pas achter gekomen, toen we naar de lezing Chemische Kring Zwolle. Zinksulfide is namelijk ook te gebruiken 

ns  hoge aanschafprijs van de benodigde 

s van deze mislukking.  over Quantumdots gingen, bij de  als quantumdot. 

 tu  en zink eerslag is in de buis links te 

en. De linker buis hebben we ingedampt in een petrischaaltje. Figuur 36 – Neerslagreactie  ssen natriumsulfide nitraat, het resultaat van deze nzi

   

 43 

7 ‐ Maatschappelijke toepassingen In de maatschappij komen ook veel luminescente stoffen voor, we hebben in dit hoofdstuk enkele van deze toepassingen belicht. 

7.1 Medische wereld Fluoresceïne wordt voornamelijk gebruikt door opticiens om littekens en krassen in het hoornvlies zichtbaar te maken. Fluoresceïne blijft zitten in de krassen zendt op die gebieden onder UV‐licht meer licht uit dan op onbeschadigd hoornvlies.  Tevens wordt fluoresceïne sinds korte tijd gebruikt bij het operatief verwijderen van hersentumoren. Een patient krijgt fluoresceïnepap te slikken. Vervolgens zal fluoresceïne extra goed zichtbaar zijn op tumorcellen en minder goed in lichaamscellen. Onder een sterke UV‐lamp is een chirurg in staat om hierdoor de tumor van gezond hersenweefsel te onderscheiden en de accuratie van het snijden te vergroten.  

7.2 Biochemische analysetechnieken Wanneer onderzoekers of medici een chromosomale afwijking verwachten of willen lokaliseren bij patiënten, kunnen zij dit toetsen door ‘fluorescence in situ hybridisation’ – FISH44. Deze techniek wordt vooral gebruikt bij onderzoek naar tumoren of het syndroom van Down, deze mensen hebben abnormale allelen in hun chromosomen. Door deze abnormale allelen, zijn er ook abnormale bindingsplaatsen beschikbaar, hier maakt FISH gebruik van. In het geval van tumorcellen, is er een deel van het DNA in chromosomen, dat aanzet tot ongeremde deling. Door deze chromosomen te labelen met een kleurstof, is terug te vinden hoe de deling verloopt en op welke snelheid. Dit wordt gedaan door een fluoresceïne stof aan een stuk DNA te koppelen. Dit DNA wordt geïmplanteerd in de cellen waardoor de functie van de cellen niet verandert, maar het wel terug te vinden is door het aangekoppelde fluoresceïne.   Onder een fluorescentiemicroscoop zijn de chromosomen terug te zien, echter zullen de delen waar fluoresceïne groep zitten, oplichten 

fluoresceïne, bijvoorbeeld fluoforen ie blauw of rood oplichten zoa in 

de afbeelding hieronder.  

                                                           

met een groene kleur. Er zijn ook andere koppelingen mogelijk dan 

d ls 

 44 

 44 Fluorescence in situ hybridisation, 21 januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/In_situ_hybridization,_fluorescence 

Figuur 38 – Het inbouwen van een fluorescente tracer in het DNA.

Figuur 37 – Afbeelding fluorescentiemicroscoop FISH‐imaging 

7.3 Kankerverwekkende chemicaliën Naast de goede eigenschappen van chemoluminescente chemicaliën, zoals de schoonhgekleurd licht, mogelijkheden zoals breaklight en of eeschaduwkant. Het is een kenmerk van luminescente stoffen dat ze veelal uit benzeenringezoals de kleurstoffen van de breaklights of radioactief zijn. Radium, wat voor 1950 werdlichtgevende verf op wijzers van horloges is daar een zeer goed voorbeeld van. Deze str

eid van 

n bestaan,  gebruikt als ucturen en 

elfde gevolg hebben, namelijk kanker.  

  

7.4 Glow­in­the­dark coratie van kinderkamers met behulp 

 

 

n medicinale werking, hebben ze ook een 

radioactiviteit kunnen allemaal hetz Carcinogene materialen worden in de meeste gevallen zeer voorzichtig behandeld en weggehoudenvan de open maatschappij. Enkel laboratoria en hoogst uitzonderlijke apparaten mogen radioactievestraling uitzenden. Dit geldt ook voor carcinogene verbindingen zoals benzeen en kwik. De luminescente chemicaliën zijn in de meeste gevallen niet dermate carcinogeen als benzeen. Echter, de kleurstoffen uit de glazen buisjes van de breeklampen staan op de lijst voor mogelijk kankerverwekkende materialen. 

Een commerciële toepassing van fosforescente stoffen, is de devan lichtgevende sterren. Deze sterren kunnen voor een korte tijd bij een lamp worden gehouden, hierdoor worden de sterren opgeladen. Wanneer het licht in de kamer uitgaat, zal de fosforescentestof licht blijven uitzenden, waardoor het lijkt of de sterren gloeien.   Zoals eerder vermeld, is de fosforescente stof zinksulfide behandeld met europium. De productie van deze sterren gebeurt onder hoge druk waar de fosforescente stof met plastic wordt gemengd. Door deze stof af te sluiten van lucht, doormiddel van het plastic, zal er geen oxidatie van europium optreden. Er is wel doorgang van licht mogelijk omdat het plastic dun is. Tevens zorgt deze afscherming ervoor dat kinderen geen schadelijke stoffen in kunnen slikken. 

 

 45 

 46 

Conclusie Na al deze experimenten en het literatuuronderzoek, is het nu mogelijk om een antwoord te geveop de hoofdvraag, die aan het begin van het profielwerkstuk is gesteld. We herhalen de hoofdvraag nog eenmaal. 

Hoofdvraag 

n 

aarom lichten bepaalde stoffen op, welke toepassingen zijn ervoor en wat kan het nut hiervan zijn 

ij. 

ektronen hadden, werd het mogelijk om te gaan rekenen met deze deeltjes. Zo was het mogelijk om deze deeltjes in verschillende vaste niveaus in te delen. Snel 

 deze deeltjes met behulp van licht naar een ander niveau te en lichtdeeltje absorbeerde. 

 was, maar er waren ook etenschappers die dachten dat licht een golf was. De wetenschappers afzonderlijk liepen vast 

t. n 

as daarna konden de verschijnselen van luminescerende stoffen worden opgehelderd. Op deze  werd tevens verklaard hoe licht een elektron in een vaste stof naar een ander niveau kon 

brengen. De energie die het foton bezit, wordt hiervoor gebruikt. Wanneer het elektron dan weer terugvalt naar zijn oorspronkelijke niveau, zend de stof een foton uit, maar met een andere golflengte.  

Dit verklaarde echter niet de rare verschijnselen die optreden bij chemoluminescentie, daar komt geen licht bij te pas. Later bleek dat de energie die bij de reactie vrijkomt, gelijk staat aan de energie van de fotonen bij fluorescentie. Deze energie zorgt er eveneens voor dat de elektronen in aangeslagen toestand worden gebracht en bij terugval een foton uitzenden. 

Gaandeweg kwamen we er achter dat er in de scheikunde drie verschillende vormen van luminescentie bestaan: 

Fluorescentie  Fosforescentie  Chemoluminescentie 

 Na ons literatuuronderzoek zijn we gaan kijken wat er allemaal mogelijk is om aan proeven te doen als middelbare scholieren. We kwamen al snel uit op enkele leuke toepassingen, die sfeerverhogend kunnen zijn op feesten en in uitgaansgelegenheden. We denken hierbij dan vooral aan fluorescerende stoffen en chemoluminescente reacties.  Nadat we een uitnodiging kregen om een lezing bij te wonen, begon luminescentie pas echt te leven. Er blijken veel nuttige toepassingen te zijn voor luminescente stoffen. Zo is het mogelijk geworden 

Wvoor de mens? 

Allereerst zullen we de vraag beantwoorden waarom stoffen oplichten. Daarna trekken we conclusies waarmee we het nut voor de mens uitleggen. Op deze manier hopen we duidelijk te maken waarom onderzoek naar deze verschijnselen van belang blijft voor de maatschapp

Nadat bekend werd dat atomen el

daarna bleek dat het mogelijk was ombrengen, waarbij het elektron dan e

Het was echter lange tijd onduidelijk wat licht precies was. Verschillende wetenschappers hebben geprobeerd om een theorie te bedenken die het natuurkundige verschijnsel ‘licht’ beschrijft. Zo waren er wetenschappers die van mening waren dat licht een deeltjewnaarmate zij de theorie verder ontwikkelden. Pas later werd ontdekt dat licht duaal gedrag vertoonMet andere woorden, licht vertoont eigenschappen van zowel een golf, als een deeltje. Pas toen kode theorie ontwikkeld worden die beschrijft hoeveel energie licht kan bevatten en bij welke golflengte. Het was ook toen pas, dat men sprak van een ‘foton’. 

Pmanier

 47 

dat chirurgen zeer nauwkeworden weggesneden. Oostoffen. Helaas durft men

 een toepare efficiëntie

urig operaties kunnen uitvoeren, waarbij weefsel nauwkeuriger kan k MRI scans kunnen verduidelijkt worden met behulp van fluorescente 

ssing gevonden voor fluorescente stoffen in zonnepanelen. Deze kunnen  behalen door bij het fabricageproces fluorescente stoffen in het glas te 

er vele toepassingen te vinden voor luminescente stoffen. Onderzoek naar deze den 

 het nog niet aan om dergelijke technieken ook echt te gaan gebruiken, omdat de effecten van fluorescerende stoffen in het lichaam nog niet bekend zijn. 

r Daarnaast is eeen veel hoge

Er zijn op deze

verwerken. Ligt hier de toekomst van onze energievoorziening?  

 manistoffen moet door blijven gaan omdat er ook tegenwoordig nog regelmatig nieuwe stoffen worontdekt met luminescente eigenschappen.    

 

A ‐ Nawoord Bij het maken van dit profielwerkstuk zijn er een aantal mensen, waar onze dank naar uit gaat. Ten eerste de heer Faber die ons heel vrij heeft gelaten in het ontwikkelen van ons onderzoek. Daarnaawas Harry van der Gronde een onmisbare hulp, dankzij hem kwamen we dikwijls interessante onderwerpen tegen die met ons profielwerkstuk te maken hadde

st 

n. Bovenal bedanken wij hem voor 

dag tijd uitgetrokken om meer itleg te geven over breaklights en chemoluminescente stoffen. 

Daarnaast willen wij Jan Renken en zijn zuurkast bedanken voor de onvermoeide inzet. Telkens vol interesse kwam Jan bij ons kijken, wat we aan het uitspoken waren. Daarnaast had hij zelf ook nog interessant materiaal voor ons onderzoek, te denken valt aan de UV‐lamp en enkele potjes met luminescente stoffen daarin. 

Maar ook de heer Wiersema mag niet worden vergeten. Wanneer dit nodig was, hielp hij ons bij het verkrijgen van de stoffen voor proefjes. Maar ook waarschuwde hij wanneer er dingen gevaarlijk waren. Binnenkort brengen wij zijn reageerbuisjes terug. 

De auteurs, 

 

Max de Graaf en Bas de Jong

    

de uitnodiging om mee te gaan naar de Chemische Kring Zwolle. 

Ook Jos Kistemaker, student aan de faculteit Natuurwetenschappen van de Rijksuniversiteit Groningen, heeft voor ons op zijn vrijdagmid  u

Figuur 39 – De auteurs

 48 

 48 

B ‐ Literatuurlijst Hieronder staat de literatuurlijst,bij het maken van het werkstuk, daarna

 eerst sommen we een lijst van boeken op die we gebruikt hebben  volgen encyclopedieën, en tenslotte de websites. 

 druk, 2000 p. 194‐204) ‐ D.R. Lyde, CRC Handbook 86th edition, (Taylor and Francis Group, 2006, p. 8‐18) 

 p. 85‐130) 

 Ris, Scheikunde Samengevat VWO, Thieme‐Meulenhoff, derde druk, 

Quantum, Encyclopædia Britannica, Ultimate Reference Suite, 2009 clopædia Britannica, Ultimate Reference Suite, 2009 

Quantum Mechanics, Encyclopædia Britannica, Ultimate Reference Suite, 2009 uinine, Encyclopædia Britannica, Ultimate Reference Suite, 2009 

Dr. Rolf Koole, studeerde fysische chemie aan de Universiteit van Utrecht van 1998 tot 2004 Etiket SchwEtiket RoyaVeel eigen foto’s Het chemische tekenprogramma van ACD Labs; Chemsketch 11 en 3D Viewer Rolf Koole, 20 januari 2009 - http://www.phys.uu.nl/~koole/ Zie ook gekopieerde bijlagen (onderdeel D.4)

B.3 Geraadpleegde websites ‐ Wavelength calculator, geraadpleegd d.d. 24 januari 2009 http://www.sengpielaudio.com/calculator‐wavelength.htm  ‐ Basics of Spectroscopy, geraadpleegd d.d. 23 januari 2009 http://fuse.pha.jhu.edu/~wpb/spectroscopy/basics.html  ‐ Electromagnetic Spectrum, geraadpleegd d.d. 22 januari 2009 http://dwb4.unl.edu/calculators/pdf/spectrum.pdf ‐ Wikipedia, Photon, geraadpleegd d.d. 21 januari 2009 http://en.wikipedia.org/wiki/Photon ‐ Wikipedia, Quantum, geraadpleegd d.d. 21 januari 2009 http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum ‐ Wikipedia, Elementary Particle, geraadpleegd d.d. 21 januari 2009 http://en.wikipedia.org/wiki/Elementary_particle ‐ Wikipedia, Elementair deeltje, geraadpleegd d.d. 21 januari 2009 http://nl.wikipedia.org/wiki/Elementair_deeltje ‐ Wikipedia, Lepton, geraadpleegd d.d. 21 januari 2009 http://nl.wikipedia.org/wiki/Lepton ‐ Wikipedia, Spin, geraadpleegd d.d. 21 januari 2009 http://en.wikipedia.org/wik‐ Wikipedia, Bose‐Einstein Statistics,  21 januari 2009 http://en.wikipedia.org/wiki/Bose‐Einstein_statistics 

B.1 Geraadpleegde boeken ‐ P.W. Atkins en M. J. Clugston, Physical Chemistry (eerste druk, 1987) ‐ P.W. Atkins, Physical Chemistry, (W. H. Freeman, 1982, p. 449‐470) ‐ P.G. Hogenbrik, Natuurkunde Overal NG/NT 2 VWO, EPN, eerste

‐ NVON‐commissie, Binas (Wolters‐Noordhoff, Groningen, 2004, Tabel 26) ‐ Ir. A.P.J. Thijssen, Natuurkunde Samengevat VWO, (Thieme‐Meulenhoff, vierde druk, 2006) ‐ Greene, B, The Elegant Universe. (Vintage books,2003,‐ Donald T. Sawyer, William R. Heineman, Janice  M. Beebe, Characterization of Quinine and Its Determination, 1984 ‐ Streetman, Ben G. Sanjay Banerjee, Solid State electronic Devices (New Jersey: Prentice Hall, 5th edition, 2000, p. 524) ‐ Dr. J.R. van der Vecht & Dr. C.2006 

B.2 Geraadpleegde encyclopedieën 

Photon, Ency

Q

B.4 Allerlei 

eppes Bitter Lemon l Club Tonic (Light) 

i/Spin_(physics)  geraadpleegd d.d.

 49 

 50 

‐ Wikipedia, Fermi‐Dirac Statistics, geraadpleegd d.d. 21http://en.wikipedia.org/wiki/Fermi‐Dirac_statistics ‐ Wikipedia, Half Integer, geraadpleegd d.d. 21 januari 

 janu

 januari 2009 

2009 

ari 2009 

/astr162/lect/light/bohr.html 

i/Rutherford_model  

dia, Uncertainty Principle  http://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle  

http://www.calvin.edu/academic/chemistry/faculty/muyskensmark/bottles.jpg  formula, 24 januari 2009,  

scence 

Condon principle, 20 november 2007,  

/Depts/Synaptic/info/imaging/imaging_1.htm 

bout.com/od/howthingsworkfaqs/a/howlightsticks.htm  

http://en.wikipedia.org/wiki/Half‐integer ‐ Wikipedia, Spin in de kwantummechanica, geraadpleegd d.d. 21 januari 2009 http://nl.wikipedia.org/wiki/Spin_(kwantummechanica) ‐ Wikipedia, Impulsmoment, geraadpleegd d.d. 21http://nl.wikipedia.org/wiki/Impulsmoment  ‐ Wikipedia, Ultraviolettstrahlung, geraadpleegd d.d. 26 januari 2009 http://de.wikipedia.org/wiki/Ultraviolettstrahlung#Unterteilung_nach_Wellenl.C3.A4nge ‐ Wikipedia, Boson, geraadpleegd d.d. 21 januari 2009 http://en.wikipedia.org/wiki/Boson ‐ Wikipedia, Elektrische lading, geraadpleegd d.d. 22 januari 2009 http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektrische_lading ‐ Wikipedia, John Dalton, 18 Januari 2009, http://en.wikipedia.org/wiki/John_Dalton  ‐ The Bohr Model, 18 Januari 2009,  http://csep10.phys.utk.edu‐ Wikipedia, Rutherford model, 17 januari 2009,  http://en.wikipedia.org/wik‐ Wikipedia, Bohr Model, 22 Januari 2009,  http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model ‐ Wikipe

‐ Uncertainty Explained, 23 Januari 2009, http://www.pbs.org/wnet/hawking/strange/html/uncertain.html  ‐ Wikipedia, Fluorescence, 10 januari 2009,  http://en.wikipedia.org/wiki/Fluorescence ‐ Fluorescent bottles,  

‐ Wikipedia, Rydberg http://en.wikipedia.org/wiki/Rydberg_formula ‐ Wikikpedia, Fluorescence 22 januari 2009,  http://en.wikipedia.org/wiki/Fluore ‐ Wikipedia, Franck‐http://en.wikipedia.org/wiki/Franck‐Condon_principle ‐ Fluorescent double photon imaging,22 januari 2009 http://www.bris.ac.uk‐ Wikipedia, Chemiluminescence, 22 januari 2009,  http://en.wikipedia.org/wiki/Chemiluminescence  ‐ Wikipedia, Bioluminescence, 22 januari 2009,  http://en.wikipedia.org/wiki/Bioluminescence ‐ Wikipedia, Glowstick, 21 januari 2009,  http://en.wikipedia.org/wiki/Glow_sticks  ‐ Wikipedia, Cyalume, 23 januari 2009,  http://en.wikipedia.org/wiki/Cyalume  ‐ Wikipedia, Chemiluminescence, 22 januari 2009,  http://en.wikipedia.org/wiki/Chemiluminescence 

 http://chemistry.a‐How lightsticks work, 25 januari2009‐ Wikipedia, Zinc sulfide, oktober 2007,  

e http://en.wikipedia.org/wiki/Zinc_sulfid‐Wikipedia Fluorescence in situ hybridisation, 21 januari 2009,  

,_fluorescence http://en.wikipedia.org/wiki/In_situ_hybridization‐ Wikipedia, Kinine, geraadpleegd d.d. 23 januari 2009 http://nl.wikipedia.org/wiki/Kinine ‐ Wikipedia, Quinine, geraadpleegd d.d. 23 januari 2009 

 http://en.wikipedia.org/wiki/Quinine‐ http://www.rain‐tree.com/pics/quinie‐11.jpg 

.html ‐ http://www.nottingham.ac.uk/~pczbl/cinch‐ Wikipedia, TL‐buis http://nl.wikipedia.org/wiki/Bestand:TLBuis.PNG 

 51 

‐ Wikipedia, Fluorescentielamp, 20 januari 2009  http://nl.wikipedia.org/wiki/Fluorescentielamp ‐ http://en.wikipedia.org/wiki/File:QD_mini_rainbow.jpg ‐ http://www.esqsec.unibe.ch/pub_308.pdf 

of_fluorescence_in_various_sized_Cadmium_Selenide_Q

Fluorescence, 19 januari 2009,  me.html 

aging_1.htm rces/tech1/fig1.jpg  

ence.gif   wiki/File:Bohr‐atom‐PAR.svg 

ikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0e/Franck‐Condon‐.png 

dia/en/4/46/Dividing_Cell_Fluorescence.jpg 

‐ http://nl.wikipedia.org/wiki/Bestand:Isolator‐metaal.svg ‐ Various sized quantum dots, 23 januari 2009,  http://www.micronano.ethz.ch/opportunities_and_risks/Image_uantum_Dots?hires ‐ http://micro.magnet.fsu.edu/primer/techniques/fluorescence/fluorho‐ Fluorescence in situ hybridisation, 24 januari 2009, http://www.bris.ac.uk/Depts/Synaptic/info/imaging/im‐ Grafiek: http://www.iss.com/resou‐ http://www.bris.ac.uk/Depts/Synaptic/info/imaging/figs/fluoresc‐ Wikipedia Bohr atom, http://en.wikipedia.org/‐ Wikipedia, Franck‐condon, http://upload.wdiagram.png/485px‐Franck‐Condon‐diagram‐ http://upload.wikimedia.org/wikipe     

 52 

C ‐ Figurenverwijzing FIGUUR 1 ‐ HET ATOOM MET EEN GELADEN KERN EN EEN WOLK 

HTTP://BURRO.CWRU.EDU/ACADEMICS/ASTR201/MATT

ELEKTRONEN.  BRON: ERENERGY/ATOM.JPG ............................................................ 7 

  

................................................................................................................................ 9 ............................................................ 9 

................................................................................................... 9 ROMAGNETISCH SPECTRUM .................................... 13 

 CORRESPONDERENDE KLEUR. DE LETTERS STAAN VOOR VIOLET, BLAUW, .............................................................. 14 

 14 ................ 17 

TON OM ZICH NAAR EEN HOGER 

ENERGIENIVEAU TE BRENGEN  HTTP WWW EMC MARICOPA EDU FACULTY FARABEE/BIOBK/EXCITATION.GIF ................. 18 GUUR 8 – HET VERVAL VAN VIBRATIONELE ENERGIE IN STAPPEN TOT EEN KRITIEK PUNT (EMISSIE VAN GROEN LICHT) ................... 18 

........................................................... 19  19 

FIGUUR 11 ‐ TWEE VERSCHILLENDE ENERGIENIVEAUS: GRONDTOESTAND E0 EN AANGESLAGEN TOESTAND E1. ............................. 20 FIGUUR 12 ‐ HET VERSCHIL TUSSEN SINGLET EN TRIPLET TOESTAND. .................................................................................... 23 HTTP://TEACHING.SHU.AC.UK/HWB/CHEMISTRY/TUTORIALS/MOLSPEC/STATES.GIF ............................................................... 23 FIGUUR 13 – EEN INGEWIKKELD JABLONSKI‐DIAGRAM. BIJ DE GEKRONKELDE LIJNEN WORDT ER GEEN FOTON UITGEZONDEN, 

WANNEER HET ELEKTRON TERUGVALT. BIJ DE RECHTE LIJNEN GEBEURT DAT WEL. ........................................................... 24 FIGUUR 14 ‐ IN DE AFBEELDING WORDT WEERGEVEN HOE HET STABIELE LUMINOL IN BIJ ZIJN VAN OH‐

 IN TWEE MOGELIJKE DI‐ANIONEN KAN VERANDEREN. EEN VAN DE ANIONEN WORDT DOOR WATERSTOFPEROXIDE (NIET AFGEBEELD IN DE FIGUUR) AANGESLAGEN NAAR DE TRIPLET STAAT. VIA INTERSYSTEM CROSSING GAAT HET ION OVER IN SINGLET TOESTAND (S1) EN BIJ HET TERUGVALLEN NAAR GRONDTOESTAND (S0) ZENDT HET MOLECUUL EEN BLAUW FOTON UIT. ............................................ 26 

FIGUUR 15 – ZELFGEBOUWDE UV‐LAMP ....................................................................................................................... 28 SCHEMA 1 – HET SCHEMA VAN DE UV‐LAMP .................................................................................................................. 28 FIGUUR 16 – DE SYNTHESE VAN FLUORESCEÏNE ............................................................................................................... 29 BRON ‐ HTTP://UPLOAD.WIKIMEDIA.ORG/WIKIPEDIA/COMMONS/5/5A/ZNCL2_FLUORESCEIN.PNG ......................................... 29 FIGUUR 17 – CINCHONA BLOEM ................................................................................................................................... 31 FIGUUR 18 – LINKS EEN BEKERGLAS GEVULD MET WATER, RECHTS EEN BEKERGLAS MET KININE ERIN, ONDER UV‐LICHT ................. 31 FIGUUR 19 – FLES TONIC LICHT OOK OP ONDER UV‐LICHT ................................................................................................. 31 FIGUUR 20 – EEN KASTANJETAK IN EEN POT WATER, WAARBIJ  AESCULINE OPLOST IN HET WATER. ............................................ 32 FIGUUR 21 – STRUCTUURFORMULE VAN AESCULINE ........................................................................................................ 32 BRON ‐HTTP://DE.WIKIPEDIA.ORG/W/INDEX.PHP?TITLE=DATEI:ESCULIN.SVG&FILETIMESTAMP=20070405144937 ................. 32 FIGUUR 22 – EEN ERLENMEYER GEVULD MET GECENTRIFUGEERDE OPLOSSING AESCULINE. ...................................................... 32 SCHEMA 2 – ELEKTRISCH CIRCUIT VAN EEN FLUORESCERENDE LAMP ..................................................................................... 33 FIGUUR 23 ‐ FLUORESCENTIELAMPEN ............................................................................................................................ 33 FIGUUR 24 – EEN BREAKLIGHT 1) PLASTIC OMHULSEL 2) GEKLEURDE VLOEISTOF 3) TRANSPARANTE VLOEISTOF (ESTER) 4) GLAZEN 

BUIS 5) REACTIE TUSSEN KLEURSTOF EN ESTER ........................................................................................................ 34 FIGUUR 25 – OXIDATIE VAN FENYLOXALAATESTER EN WATERSTOFPEROXIDE. DE DAARUIT GEVORMDE STOF REAGEERT MET DE 

KLEURSTOF (DYE) EN DE KLEURSTOF RAAKT AANGESLAGEN (ER WORDT LICHT UITGEZONDEN). .......................................... 35 FIGUUR 26 – STRUCTUURFORMULE VAN RHODAMINE B ................................................................................................... 35 FIGUUR 27 – REACTIE TIJDENS KAMERTEMPERATUUR (20°C OF 293 K) ............................................................................... 37 FIGUUR 28 – REACTIE IN EEN BEKERGLAS HEET WATER (70 °C OF 343 K) ............................................................................. 37 FIGUUR 29 – VAN LINKS NAAR RECHTS EN VAN BOVEN NAAR BENEDEN: BAS, JANINE, MAX, SUZANNE, LOTTE ............................. 38 FIGUUR 30 – IMPRESSIE VAN DE OPEN DAG OP STAD EN ESCH ZUIDEINDE OP 27 JANUARI 2008. ............................................. 38 FIGUUR 31 – ROLF KOOLE .......................................................................................................................................... 39 FIGUUR 32 – OPLICHTING VAN QUANTUMDOTS MET VERSCHILLENDE GROOTTE. DE QUANTUMDOTS LINKS ZIJN KLEINER DAN DE 

QUANTUMDOTS RECHTS. .................................................................................................................................... 39 FIGUUR 33 – QUANTUMDOTS IN ALLE KLEUREN VAN DE REGENBOOG. DE MOGELIJKHEDEN ZIJN EINDELOOS. ............................... 39 FIGUUR 34 – LINKS DE BANDGAP VAN METAAL (DIE IS NIET AANWEZIG), IN HET MIDDEN DE HALFGELEIDER EN RECHTS EEN ISOLATOR. 

QUANTUMDOTS ZIJN VERGELIJKBAAR MET HALFGELEIDERS. ....................................................................................... 40 

FIGUUR 2 ‐ HET BOHR ATOOM MET VERSCHILLENDE SCHILLEN, OPGEVULD MET ELEKTRONEN. .................................................... 7FIGUUR 3 ‐ ELECTRONENCONFIGURATIE ........................................................................................................................... 9BRON: JCE.DIVCHED.ORG/JCEDLIB/ LIVTEXTS/PCHEM/JCE2005P1880_2LTXT/QUANTUMSTATES ..............................BOOKFOLDER/FIGURE_FILES/B_CONFIGURATION.GIF ......FIGUUR 4 ‐ ZICHTBAAR LICHT BESLAAT MAAR EEN KLEIN DEEL VAN HET ELEKT

FIGUUR 5 – GOLFLENGTE IN NANOMETER MET DAARONDER DE

GROEN, GEEL (YELLOW), ORANJE EN ROOD. ..............................................GRAFIEK 1 – HOEVEELHEID ENERGIE DIE EEN FOTON BEZIT, AFHANKELIJK VAN DE GOLFLENGTE. .................................................FIGUUR 6: EEN SERIE FLUORESCERENDE STOFFEN DIE HET TOTALE ZICHTBARE SPECTRUM AAN LICHT UITZENDEN. ..........FIGUUR 7 – EEN ELEKTRON ABSORBEERT EEN FOTON EN GEBRUIKT DE ENERGIE VAN HET FO

. :// . . . / /FIFIGUUR 9 ‐ DE HOEVEELHEID ENERGIE VAN 3 NAAR 2 IS: ∆ U ..............FIGUUR 10 ‐ DE GEMIDDELDE TIJDSDUUR VAN DE FLUORESCENTIEFASE VAN EEN STOF. ............................................................

 53 

FIGUUR 35 – OPLICHTENDE BLOEDVATEN DIE ZIJN GEMARKEERD MET QUANTUMDOTS. ........................................................... 42 AT, HET RESULTAAT VAN DEZE NEERSLAG IS IN DE BUIS LINKS ALTJE. ................................................................... 43 

........................................................... 44 

FIGUUR 36 – NEERSLAGREACTIE TUSSEN NATRIUMSULFIDE EN ZINKNITRA

TE ZIEN. DE LINKER BUIS HEBBEN WE INGEDAMPT IN EEN PETRISCHA

FIGUUR 37 – AFBEELDING FLUORESCENTIEMICROSCOOP FISH‐IMAGING ...................R 38 – HET INBOUWEN VAN EEN FLUORESCENTE TRACER IN HET DNA. ........................................................................ 44 FIGUU

FIGUUR 39 – DE AUTEURS .......................................................................................................................................... 48 

 D ‐ Bijlagen In de bijla  staan he plan van aangen t  pak, de logboeken en eventuele aantekeningen die we hebben gemaakt bij de proeven. 

D.1 Plan van aanpak van: Bas de Jong en Max de Graaf

Klas: VWO 6............... Profielwerkstuk: Fluorescentie, fosforescentie en chemoluminescentie

Onderzoeksplan

ofdvraag Hoe is het mogelijk dat sommige stoffen licht geven of ander licht gaangeven?

Ho

Welke toepassingen hebben deze stoffen in de maatschappij van tegenwoordig?

Deelvragen 1. Wat is de theorie achter deze verschijnselen?

2.Welke stoffen vertonen deze verschijnselen en zijn deze zelf te maken?

3.Waarin kunnen deze stoffen worden beïnvloed gedurende het licht uitzenden?

4. Waar worden deze stoffen in de maatschappij gebruikt?

enz.

ijk Evt. Hypothese: Wij verwachten dat er een welonderlegde theorie achter deze

Wat verwacht je verschijnselen schuilt. Tevens denken wij dat de chemicalien zelf moeil

als te maken zijn, maar met enige inspanning wel haalbaar.

uitkomst/resultaat van je onderzoek?

Werkwijze Eerst veel literatuuronderzoek, daarna veel experimenteren en prosyntheses uit te voeren en daarna de uitwerking.

Op welke manier ga je onderzoek

beren

 54 

doen?

Informatiebronnen Zie bijlage D van het profielwerkstuk.

Presentatievorm Beide

Taakverdeling maatschappelijk gericht.

n evenveel uitleggen. Max iets meer technisch, Bas iets meer

Tijdplan

Wat? SLU Wanneer? Daar geven wij geen antwoord op gezien dat

n wat het maakt dat het totale onzin is al deze weken netjes in te vullen

Wie? onzin is. Er zullen altijd nieuwe dingen tussen komen en onverwachte problemen en andere dingen zij

info verzamelen en inlezen in

30

Bas & Max

onderwerp

onderzoeksopzet itwerken

Bas & Max

u 7

proeven uitvoeren/

gegevens verzamelen

20 Bas &

Max

gegevens ordenen en verwerken

Bas& Max

10

presentatie voorbereiden

10 Bas &

max    

 55 

 

D a  .2 Logboek v n Max de Graaf (2e helft)‡Uren  Datum  Gedaan  Resultaat  Plaats 

4 19 Jan  Bohr atoommodel + geschiedenis  Tevreden, 2 blz maar rommelig. Moet verbeterd worden 

Thuis  

1 F  20 Jan  luorescentie uitgeschreven  Goede basis gemaakt  L 104 

6 Fluorescen  opmaak plus verder afwerken 

Eerste deel gefinished  Thuis   20 Jan  tie en atoommodel

2  Jan  Fluorescentie nog een klein stukje uitgebreid, uitzonderingen toegevoegd e fo

Zeer effectief gewerkt, 1 a4 per uur.  

L 112   21

n aan  sforescentie begonnen. 

3  21 Jan  Fosforescfluoresce

 entie geschreven en fouten uit ntie gehaald 

Zeer tevreden over de 7 pagina;s tot nu toe.  

Thuis

7 22 Jan  Chemolumi e in zijn totaliteit uiteengezet, hieronder valt ook kwantumopbrengst.

3 pagina’s pla  te t ingoede structuur.  

Thuis   nescenti

 

in x  

1   Breeklampen, aesculine, maatschappelijke toepassingen en formules egev egd verderperfectionering is ook gemaakt met betrekking tot opmaak en spellingsfouten 

Mijn deel van het profielwerkstuk k  op  t mome t qu  tekst als af worden beschouwd. 

Thuis 1  24 Jan

 to o    

 an

di n a

7  25 Jan  Totale opmaak herzien, voetnoten toevoegen, oud logboek zoeken.

  Thuis e   

9   Alles nogmaals afmaken, spellingscontrole door ouders bijwerken. Opmaak  euw doen.  

  Thuis en school 

  26 Jan

opni

4Januari 

Allerlaatste afwerkingen, kopiëren, alles inpassen en afleveren et cetera.  

     27 en 28 

Totaal DD

100 uur   Ik heb zeer veel van mijn tijd niet opgeschreven, een geschatte 0%

Waarschijnlijk heb ik in totaaluur aan de scriptie besteed. 

 eel 1 + eel2 :  

 3    ongeveer 150 

 

‡ De andere helft van het logboek is bijgevoegd als een serie bijlagen, handgeschreven. 

 

   

 56 

D.2 Logboek van Bas de Jong  

Datum Wie Bestede tijd Plaats Verrichte werkzaamheden Resultaat Opmerking

21-6-200 Bas & Max Schoolnken over onderwerp PWS

iniscentie als ond uurs en 7 5 + introdag LumNade

erwerp En singlet z tof mak21-6-200 Bas & Max chloor ruiken7 5 Singlet zuurstof gemaakt Naar de wc

10-9-2007 Bas & Max 5 School Kastanje uit park gehaald en opgelost in water Troebel rifugeren Cent

12-9-200 Bas School Blijft donker maar wel v7 2 Centrifugeren van aesculine eel licht 14-11-200 Bas & Max School Karamelliseert ht 7 4 Indampen van Kinine Tonic Lig18-11-200 Bas & Max Sch or sl7 5 ool Neerslagreactie met zinksulfide Mislukking do echt onderzoek 21-1-2009 Bas & Max 3 Sch eaklights Voorzichtigheid geboden ool Uit elkaar halen van Br24-1-2008 Bas & Max 5 School Uit elkaar halen van Breaklights Nu voldoende voor Open Dag

2-4-200 Bas Sch esc , ewaren! 8 2 ool Uitelkaarhlenvan tl-buis met Jan Misukking fluor entie Interessant kladblad b

28-4-2008 Bas 2 RuG veel

es Misschien nog mailen? Discussie met zesdejaars student scheikunde

Hij heeft onsproc

uitgelegd over het

13-11-2007 Bas & Max 5 PWS Dag Zinksulfide laten reageren Werkt niet Documentatie zoeken 9-9-200 Bas & Max PWS ijke m8 4 Dag Opzet schriftel deel verzonnen Uittypen en ailen

25-11-2008 Bas & Max 6 Zwolle dots

verkregen Veel vraagtekens in mijn hoofd Informatie over kwantum

20-1-200 Bas Thui he gede 9 3 s Begin van schrijven PWS Theoretisc elte licht 1/3 Stof is lastig21-1-2009 Bas 4 Thui eoretische gede int al duidelijker te worden s Vervolg schrijven PWS Th elte licht 2/3 Beg22-1-2009 Bas 3 Thui S Theoretische gedeelte licht is af Nog wel figuren nakijken s Vervolg schrijven PW

23-1-200 as ThuiFiguren nagekekegedeelte; kinine, tl makkeli9 B 11 s Vervolg schrijven PWS

n, begin praktische -lamp Veel jker

24-1-2009 Bas 10 Thuip beschrev

geschreven, quantmdots moeilijk maar s Schrijven PWS afronden

UV-lam en, ook inleiding umdots

Quantuduidelijk

25-1-2009 Bas & Max 5 Thui elkaar geg gscontrole niet vergeten! s PWS Samenvoegen Alles bij ooid SpellinTotaal     89            

 

 

    

 57 

D.3 Uitnodiging CKZ Quantumdots Zwolle, 5 november 2008

Geachte leden,

Namens het bestuur van de Chemische Kring Zw u van harte uit voor de lezing olle nodig ik van onze kring a ember 2008 d ld ‘Fuop dinsd g 25 nov oor Rolf Koole getite ndamentele eigenschappen toepa tgeve rs genaamd Quantum en ssingen van lich nde nanoknikkeDots.

htg Ro bo 5

oducés zijn v elko

  Dots geleider nanousse n 1 eter. Vanwege ntum confinement

, kunnen de absorp te eed rden emd door dig an de e unnische eigenschapp veelbe gen

senta ementele a van deze nanokristallen d -gekomen mische synthese, self-assembly, en optische eigenschappen van

. In h de resentat rbeelden toepassingen waarin QDs centraal staan. Het eerste voorbeeld is het gebruiken van QDs in ogenaamde “fluorescent concentrators”, wat gebruikt kan worden als lichtvanger voor

zonnecellen. In het tweede voorbeeld zal ik laten zien hoe quantum dots gebruikt kunnen worden als basis voor het ontwikkelen van multimodale contrast middelen voor bio-imaging

oor middel van het integreren van meerdere functionaliteiten in één anodeeltje (gebaseerd op QDs en silica), hebben we een contrast middel ontwikkeld die

ijd detecteerbaar is met fluorescentie microscopie/imaging en MRI, en tevens specifiek kan binden aan bepaalde ziektebeelden (bijvoorbeeld tumoren).”  Curriculum Vitae Rolf Koole Rolf Koole studeerde fysische chemie aan de universiteit Utrecht van 1998 tot 2004 met als specialisatie Nanotechnology & Photovoltaics. Vervolgens startte hij zijn promotieonderzoek in de groep van prof. Meijerink wederom aan de universiteit van Utrecht. Afgelopen oktober verdedigde hij zijn proefschrift met als titel: “Synthesis and characterization of semiconductor nanocrystals (quantum dots) and their application as contrast agents for bio-imaging”. Rolf publiceerde 12 wetenschappelijke artikelen en schreef 1 patent. Nadere informatie bij Priscilla Lips, secretaris

E-mail: ckz@kncv.nl

Lezing  Titel Lic evende nanoknikkers genaamd Quantum Dots Spreker Dr. lf Koole Plaats Ge uw DSM Resins, Ceintuurbaan , Zwolle Datum/tijd

Dinsdag 25 november 2008, 19.30 uur

Ook intr an harte w m! Samenvatting“Quantum (QDs) zijn kleine colloïdale half

0 nanomkristallen met een diameter

variërend t n de 2 e de zogenaamde quaeffects tie en emissie golfleng van QDs over een br gebied woafgest eenvou weg de grootte v deeltjes te variëren. D ieke optische en elektro en van QDs zijn lovend voor toepassin zoals LEDs, lasers, displays, en zonnecellen. In fu

mijn pre tie zal ik eerst ingaan op d meer nda specten ie ik tijdens mijn promotie onderzoek ben

tegen : the chePbSe QDs et twee deel van mijn p ie zal ik twee voo geven van

z

toepassingen. Dntegelijkert

Chemische Kring Zwolle

Secretaris: dr. Priscilla Lips, DSM Resins, Postbus 615, 8000 AP Zwolle, Tel. 038-4569520 (DSM), fax: 038-4569266, E-mail: ckz@kncv.nl Penningmeester: drs. R. Breeveld, giro 55 54 276 t.n.v. Chemische Kring Zwolle te Doesburg