Stokes skift - Stokes shift
Stokes skift er differansen (i energi , bølgetall eller frekvens heter) mellom posisjoner av båndet maksima av absorpsjon og emisjonsspektra ( fluorescens og Raman som to eksempler) på den samme elektronoverføring. Den er oppkalt etter den irske fysikeren George Gabriel Stokes . Noen ganger er Stokes-skift gitt i bølgelengdenheter, men dette er mindre meningsfullt enn energi, bølgetall eller frekvensenheter fordi det avhenger av absorpsjonsbølgelengden. For eksempel er et 50 nm Stokes skift fra absorpsjon ved 300 nm større når det gjelder energi enn et 50 nm Stokes skift fra absorpsjon ved 600 nm.
Når et system (det være seg et molekyl eller atom ) absorberer et foton , får det energi og går inn i en opphisset tilstand . En måte for systemet å slappe av er å avgi et foton, og dermed miste sin energi (en annen metode ville være tap av energi som translasjonsmodusenergi (via vibrasjons-translationell eller elektronisk-translationell kollisjonell prosess med andre atomer eller molekyler)). Når den sendte fotonet har mindre energi enn den absorberte fotonet, er denne energiforskjellen Stokes-skiftet.
Stokes-skiftet er først og fremst et resultat av to fenomener: vibrasjonsavslapping eller spredning og omorganisering av løsemiddel. En fluorofor er en dipol , omgitt av løsemiddelmolekyler. Når en fluorofor kommer inn i en eksitert tilstand, endres dipolmomentet, men løsemiddelmolekylene kan ikke justeres så raskt. Først etter vibrasjonsavslapping justeres dipoløyeblikkene på nytt.
Stokes fluorescens
Stokes fluorescens er utslipp av et foton med lengre bølgelengde (lavere frekvens eller energi) av et molekyl som har absorbert et foton med kortere bølgelengde (høyere frekvens eller energi). Både absorpsjon og stråling (utslipp) av energi er karakteristisk for en bestemt molekylær struktur. Hvis et materiale har et direkte båndgap i området synlig lys, absorberes lyset som skinner på det, noe som stimulerer elektroner til en høyere-energitilstand. Elektronene forblir i eksitert tilstand i omtrent 10 −8 sekunder. Dette tallet varierer over flere størrelsesordener, avhengig av prøven, og er kjent som prøveens fluorescenslevetid . Etter å ha mistet en liten mengde energi gjennom vibrasjonsavslapping, går molekylet tilbake til grunntilstanden, og energi sendes ut.
Anti-Stokes skift
Hvis den utstrålte fotonen har mer energi enn den absorberte foton, kalles energiforskjellen et anti-Stokes-skifte ; denne ekstra energien kommer fra spredning av termiske fononer i et krystallgitter, og kjøler ned krystallet i prosessen. Yttrium oksysulfid dopet med gadolinium oksysulfid er en vanlig industriell anti-Stokes pigment, absorberer i det nær-infrarøde og emitterer i det synlige området av spekteret. Fotonoppkonvertering er en annen anti-Stokes-prosess. Et eksempel på denne senere prosessen er demonstrert av oppkonverterende nanopartikler . Det er oftere observert i Raman-spektroskopi , hvor den kan brukes til å bestemme temperaturen på et materiale.