Fluorescencia. Jaime Gómez Delfín Àgora Sant Cugat International School (Sant Cugat del Valles) 4º ESO D Curso Física i Química

Transcripción

1 Fluorescencia Jaime Gómez Delfín Àgora Sant Cugat International School (Sant Cugat del Valles) 4º ESO D Curso Física i Química

2 ÍNDICE Apartado Página 1. Objetivo 3 2. Introducción Qué es la fluorescencia? Diferencias entre fluorescencia y fosforescencia Substancias fluorescentes. 3. Ensayo Práctico Material Resultados y Cálculos Conclusiones Bibliografía / Webgrafía

3 1.Objetivo El objetivo de este trabajo es analizar y estudiar el comportamiento de ciertas sustancias, que serán expuestas a una fuente de energía, en este caso luz ultra violeta. Para ello parto de la hipótesis de que aquellas sustancias con características fluorescentes brillaran, y en aquellas que tienen color se producirá un cambio del mismo. Es decir Las substancias que son fluorescentes y tienen un color propio, sufrirán un cambio de este al ser irradiados?. - Imagen 1. Distintas sustancias expuestas a una luz ultravioleta.- 3

4 2.Introdicción 2.1. Qué es la fluorescencia? La fluorescencia es un tipo particular de emisión de luz, como también lo son la bioluminiscencia, la fosforescencia, etc. Es un fenómeno que dota a algunas moléculas con la capacidad de emitir luz propia al ser expuestos a una fuente de energía. Dicha fuente debe contener suficiente energía como para excitar a los electrones de la molécula que, al bajar de nivel, emitirán la luz. Por ello mismo la fuente suele ser radiación electromagnética de onda corta, como la luz ultravioleta, y la energía devuelta en forma de luz visible será de una onda más larga, menos energética. -Imagen 2. Esquema explicativo de la emisión de luz fluorescente.- En la ilustración 2 podemos ver el fenómeno de luminiscencia, explicado previamente, en el que, un electrón es excitado a un nivel superior de energía debido a la incidencia de un rayo de luz, y baja a su estado original emitiendo luz. 4

5 2.2. Diferencias entre fluorescencia y fosforescencia. Tanto la fluorescencia como la fosforescencia, son fenómenos de luminiscencia, pero mientras que la luz emitida por la fluorescencia se detiene al cortar la fuente de energía incidente, la fosforescencia se mantiene un tiempo después. Este fenómeno es debido a un retraso de la absorción de la fuente de energía Substancias fluorescentes. Hoy en día podemos encontrar muchos tipos de sustancias fluorescentes, algunos de los casos más conocidos son: 1.Quinina - Imagen 3.Molécula de la Quinina- - Imagen 4.Quinina expuesta a una luz ultravioleta- Fórmula: C 20 H 24 N 2 O 2 Origen: Proviene de un grupo de plantas del género Chinchona (Quino). Propiedades: Su estructura química le proporciona las cualidades de ser luminiscente, al ser irradiada por una fuente de energía. Donde se encuentra: La podemos encontrar en productos comerciales como la tónica. - Imagen 5.Botella de Schweppes- 5

6 2.Fluoresceina: - Imagen 6.Molécula de fluoresceína.- - Imagen 7.Marcador de color rosa bajo luz ultravioleta- Fórmula: 3',6'-dihidroxiespiro[2-benzofuran-3,9'-xanten]-1-ona Origen: Sintético Propiedades: Colorante y fluorescente. Donde se encuentra: Marcadores fluorescentes, como por ejemplo en los Stabilo en el modelo Neon. - Imagen 8.Marcador Stabilo NEON - 6

7 3. Ensayo práctico. Para demostrar mi hipótesis construí una caja aislada del exterior y con una luz ultravioleta en el interior. Sabiendo que la quinina es una sustancia fluorescente y que se encuentra en la tónica, cogí 100ml de la misma para realizar experimentos en los que buscaba optimizar la cantidad de luz que emitía. Para ello varié la cantidad de agua oxigenada y bicarbonato sódico (ver tabla 1), sustancias que al unirse provocan una reacción efervescente, que deduje que amplificaría la señal de la quinina. Tabla 1. Tabla que muestra las cantidades necesarias para cada experimento. Test: Schweppes Agua oxigenada Bicarbonato sódico El esquema del procedimiento se puede observar en la imagen 10. Una vez optimizado el punto en el que la luz es mayor y suponiendo que las propiedades son similares a las de la fluoresceína, se escoge este para realizar el resto de experimentos. Extraje la tinta de los marcadores, y la diluí con 100ml de agua con gas para simular las condiciones de la tónica, a la que añadí 25g de bicarbonato sódico (ver imagen 11). Una vez preparadas las mezclas, las dividí en las diferentes pigmentaciones. Y las expuse a la fuente de luz ultravioleta dentro de la caja oscura mientras hacia una grabación de ello, para ver si se producía un cambio de color. 7

8 Para analizar el color y la frecuencia de las mezclas, utilicé un programa llamado illustrator que tiene una herramienta para medir el color y el brillo. Y comparé las fotos de las mezclas que estaban expuestas a la luz ultra violeta y las que no con el siguiente espectro electromagnético para obtener el valor de la longitud de onda de cada color. Imagen 9.Espectro electromagnético de la luz visible - 8

9 Imagen 10.procedimiento de optimización de brillo- 9

10 - Imagen 11.ensayo con fluoresceína- 10

11 4.Materiales. En esta sección hablaré sobre los materiales que he usado para este ensayo práctico. 1.La caja negra. He usado una caja de madera de roble revestida con virutas de serrín de caucho, para que la luz que absorbe la caja sea menor. Las dimensiones de esta eran de 40 cm de lado y 60 cm de altura. A la parte superior de esta le incorpore una pequeña luz ultravioleta. Imagen 12.La caja negra- Imagen 13.La luz ultravioleta- 2. Schweppes/Tónica: He usado un litro de Tonica Schweppes para realizar mis experimentos. Las vigente normativa de nutrición en estados unidos dice que la cantidad de quinina en bebidas efervescentes no debe de superar los 83ppm (partes por millón). 3.Marcadores Stabilo NEON: Escogí este modelo de marcador fluorescente en los colores: rosa, naranja, amarillo y verde. La cantidad de fluoresceína que contienen dichos marcadores no viene especificada en ningún lugar. 11

12 4.Bicarbonato sódico. (NaHCO 3 ). Sustancia irritante. 5. Peróxido de hidrogeno ( H 2 O 2 )(agua oxigenada) Sustancia irritante. 6.Vaso de precipitaciones de cristal (Pyrex) 200 ml y 70 ml. 7.Agua carbonatada (agua con gas). Imagen 14.Agua con gas (Vichy Catalan)- 12

13 5.Resultados y Cálculos En este apartado se expondrán los resultados obtenidos en la experimentación. En las siguientes tablas se muestra la variación de la luz emitida dependiendo de la cantidad de reactivo que pongamos. Tabla 2. En esta tabla se puede observar la diferencia de luminosidad que hay dependiendo de la cantidad de bicarbonato sódico. Test Bicarbonato sódico. (g) Foto Tabla 3. En esta tabla se puede observar la diferencia de luminosidad que hay dependiendo de la cantidad de agua oxigenada. Test Agua oxigenada (ml) Foto En el caso del experimento con agua oxigenada, este no fue concluyente pues no se apreciaba diferencia respecto a la muestra inicial. 13

14 A continuación se presentan los resultados obtenidos en la experimentación con fluoresceína. Tabla 5. En esta tabla se puede observar la diferencia de longitud de onda de las diferentes mezclas. Color rosa (675nm) Naranja (660nm) Amarillo (590nm) Verde (530nm) Naranja (660nm) Amarillo (640nm) Verde (550nm) Azul (500nm) =15nm =20nm =40nm =30nm Foto sin exponer Foto expuesta Color emitido (nm) Variación de color 14

15 Determinada la variación de color de cada uno, se puede calcular la media del valor de longitud de onda que hay entre el color natural y el expuesto a la luz ultravioleta. x = = 26,25nm Y aplico el cálculo de la desviación estándar para saber como de preciso es el valor. σ = 1 N 1!!!! (x! x )! Siendo N igual al número de muestras (4), x i el valor de cada una de estas (15,20,40,30), x el valor de la media (26,25), se obtiene una desviación estándar o típica de 11,09. Por lo tanto el valor de la media es 26,25nm±11,09nm. Esta gran diferencia es debida a las pocas muestras con las que he podido experimentar. A partir de este valor puedo predecir la variación de un color fluorescente X, cuando es expuesto a una luz ultravioleta: Cv De = Ce Donde Cv es el color visible del fluorescente (nm), Ce es el color emitido (nm) y De es la constante Delfines, que equivale a 26,25nm. 15

16 6.Conclusiones: Partiendo de la pregunta Las substancias que son fluorescentes y tienen un color propio, sufrirán un cambio de este al ser irradiados? Que es la que me a llevado a realizar este trabajo puedo concluir que: 1. A partir de los resultados de los experimentos he llegado a la conclusión de que se produce un cambio en el color y por lo tanto en la longitud de onda. 2. Inesperadamente he observado que al contrario de lo que creía que sucedería, la longitud de onda en vez de aumentar ha disminuido, esto puede ser debido a diferentes factores que hayan podido alterar la mezcla como los pigmentos propios de el marcador o otras substancias que yo desconocía que había en la tinta de los marcadores. 16

17 7.Fuentes de documentación: a) Consultada el: 8/mayo/15 b) Consultada el: 8/mayo/15 c) d) e) _20_25.pdf f) a.pdf g) h) i) P6dypgRUK3Q/UsbX4EIeFQI/AAAAAAAAAdE/4R1B2eHF0gk/s1600/Ele ctromagnetic_spectrum-es.bmp j) k) l) m) 17