Fluorescentie in plantaardige olie

Datum: mei 2013

Principe:

Fluorescentie met olie en een laserstraal

Materiaal:

  • Laserpointers
    1. Groen
    2. Rood
    3. Blauw
  • UV lamp
  • Zonnebloemolie
  • Water
  • Flesjes
  • Camera

Experimentele opstelling en uitvoering:

  • Vul een glazen flesje met zonnebloemolie en schijn er met een laserpointer door.

  • Observeer en maak foto's.

  • Richt een laserstraal dusdanig dat hij onder een hoek de olie raakt.

  • Observeer en maak foto's.

  • Vul een potje voor de helft met water en met olie en schijn er onder een hoek met een laserpointer door.

  • Observeer en maak foto's.

Resultaten:

Lichtstraal rechtstreeks
Groene laser - Geel licht

Blauw/paarse laser -Licht wordt "witter"

  

Rode laser - Geen verandering

UV-lamp - "witter"

Lichtbuiging

Alhoewel men met een rode laser ook dit soort buiging kan waarnemen lukt het mij niet dat vast te leggen met mijn camera.
De laserstraal raakt het olieoppervlak onder een hoek, wordt lichtjes afgebogen door het verschil in brekingsindex en wordt vervolgens gereflecteerd door de glaswand.
Olie-water
De onderste laag is water, de bovenste olie.

Men kan zien dat de laserstraal in olie geelgekleurd is, in water wordt deze echter weer groen.

Discussie & Conclusie:

Moleculen absorberen elektromagnetische straling en komen daardoor in een aangeslagen toestand terecht (een hoger potentiële energie niveau). Het elektron bewaart deze extra potentiële energie nu enige tijd (enkele miljoensten van seconden) en valt dan weer terug naar een lager energieniveau waarbij dan een foton (licht) wordt uitgezonden. Zoals schematisch weergegeven in nevenstaande figuur. 
Het binnenkomende foton heeft meer energie dan het geëmitteerde foton, doordat een gedeelte van de energie in warmte wordt omgezet. De frequentie van het geëmitteerde foton is daardoor lager dan die van het geabsorbeerde foton. 
Voor zichtbaar licht bepaalt de frequentie de kleur, dus wanneer je licht instraalt op een fluorescerende materie, zal er een licht worden uitgezonden met een kleur meer naar de rode kant van de regenboog. Licht met veel energie (UV licht en blauw licht) veroorzaakt fluorescentie van kleuren met lagere energie zoals groen, geel en rood. 
Een extra aanwijzing dat men met fluorescentie te maken heeft is de observatie dat de laserstraal in olie geelgekleurd is maar vervolgens in de waterlaag weer groen kleurt. Dit geeft aan dat er in de olielaag iets extra's gebeurt.

Literatuur:

  • Gordon R. Gore; "Fun with fluorescence in olive oil"; The Physics Teacher; 50 9 2012; p. 377, 378.
  • M. Farooq Wahab, Gordon R. Gore; "Deeper Insoght into Fluoresnce - Excitation of Molecules by Light"; The Physics Teacher; 51 5 2013; p. 306-308.
  • P.W. Atkins; "Physical Chemistry"; 4th Ed. ; 1990; Oxford University Press; ISBN 0198552831; blz 509,510.

Relevante websites:

Minder Relevante websites:

Opmerkingen:

  • Andere plantaardige oliën zoals olijfolie zijn ook geschikt. Ik had op het moment dat ik het experiment wilde uitvoeren geen olijfolie daarom ben ik op zonnebloemolie overgestapt
  • Verschillende soorten oliefolie zouden met de groene laserstraal verschillende kleuren geven. Bertolli Extra Virgin Oil zou een rode i.p.v. gele fluorescentie geven.

Achtergrondinformatie:

Chemiluminescentie is het niet-thermische, zichtbare licht dat geproduceerd wordt als gevolg van een chemische reactie. Een molecuul dat deelneemt aan deze reactie wordt aangeslagen naar een hogere energietoestand en geeft een foton vrij als het terugvalt naar een lagere energietoestand. Dit is duidelijk anders dan bij thermisch licht dat gegenereerd wordt via een overmaat aan thermische energie in een verbrandingsreactie.  Als bleek wordt toegevoegd aan een oplossing die luminol bevat vindt er een oxidatiereactie plaats en de elektronen in het luminol molecuul aangeslagen worden naar een hogere energietoestand. Als ze terugvallen naar hun grondtoestand komt er energie vrij in de vorm van een foton. De golflengte van het foton komt overeen met het blauwe licht dat men dan kan zien. Als alle elektronen teruggevallen zijn  naar hun grondtoestand stop het mengsel met het uitzenden van licht. Als chemiluminescentie plaatsvindt in een levend organisme spreekt men van bioluminescentie. Een klassiek voorbeeld hiervan is het licht dat geproduceerd wordt door vuurvliegen als het enzym luciferase de oxidatie van luciferine katalyseert.

Fluorescentie is luminescenctie die plaatsvindt als een molecuul aangeslagen wordt door absorptie van lichtenergie en vervolgens een foton vrijgeeft als het terugvalt naar de grondtoestand. Als dit proces plaatsvindt is er ook enig energieverlies door warmte of moleculaire beweging waardoor de golflengte van het geïmiteerde foton langer is dan de golflengte van het foton verantwoordelijk voor de excitatie. Dit gebeurt nagenoeg instantaan hetgeen betekent dat fluorescentie alleen gezien wordt in de aanwezigheid van licht dat exciteert. Fluoresceïne is een fluorescerend molecuul dat UV licht absorbeert en groen licht emitteert. Het is geen chemiluminescentie, toevoegen van bleek aan een oplossing die fluoresceïne bevat zou niet resulteren in licht generatie. Andere voorbeelden van fluorescerend moleculen zijn kinine in tonic en de optische witmakers die aanwezig zijn in wasmiddelen. Beide absorberen UV licht en stralen uit in een blauw golflengtegebied.

15/03/2014