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Internship Report
Chemistry

University, School

Ruhr-Universität Bochum - RUB

Grade, Teacher, Year

Bründermann, 2012

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V06 – Schallgeschwind­igk­eit Schallgeschwind­igk­eit in Gasen mit Frequenzsynthes­ize­rn Einführung In diesen Versuch werden die Methoden der Spektroskopie verdeutlicht. Das Modell für Molekülresonanz­en wird durch die Resonanzen in der Luftsäule und im Resonator-Glasr­ohr dargestellt. Hierbei ist die Beschreibung der Schallwellen und EM Wellen gleich. Grundlagen Das Oszilloskop, welches die zeitliche Veränderung einen elektrischen Signals graphisch darstellt, wird bei Amplitudenmessu­ng einer Sinusfunktion…

Physikalisch-Chemisches Grundpraktikum

Sommersemester 2012

Bericht: V04 – Fluoreszenz von Chlorophyll

Inhaltsverzeichnis

Abstract 2

Einführung. 3

Versuchsaufbau: 7

Versuchsdurchführung: 7

Resultate und Auswertung. 8

Graphische Darstellungen. 11

Diskussion. 14

Abstract

Dieser Versuch besteht aus zwei Teilen. In der ersten Versuchsreihe werden die Absorptions- und Fluoreszenzeigenschaften von Chlorophyll, gelöst in n-Heptan untersucht.

Hierbei wurde der Extintionskoeffizient ε des Chlorophylls bestimmt.

Er ergab sich zu

ε= 1063,2±6,2 L/cm*mol

Im zweiten Versuchsbereich wird die Wirkungsweise des Quenchers, p-Benzochinon, in Bezug auf die Fluoreszenz beobachtet.

Hierbei wurde die reale Quencherkonzentration durch einen Vergleich mit einer Referenzkonzentration bestimmt.

Sie ergab sich zu:

[Q]real=0,1881±0,040 g/L

In beiden Versuchsreihen werden durch einen  Laser die Moleküle photochemisch angeregt. Über Photodioden werden die jeweiligen Intensitäten und die Fluoreszenz bestimmt.

Einführung

Unter der Annahme, dass Licht als elektromagnetische Strahlung betrachtet wird, gilt mit der Maxwellschen Gleichung folgende Beziehung: c =l*n, hierbei stehen l für die Wellenlänge, n für die Frequenz und c für die Lichtgeschwindigkeit.

Desweiteren gilt, dass elektromagnetische Strahlung nur in festgelegten Mengen, Quanten, absorbiert oder emittiert werden kann. Bei diesem Phänomen ist die Energie der Quanten proportional zu ihrer Frequenz und folgende Gleichung tritt in Kraft: E = h * n (h ist das Plancksche Wirkungsquantum).

Der zuvor beschriebene Sachzusammenhang liefert die Erkenntnis, dass Atome und Moleküle nur bestimmte Energiezustände annehmen. Es wird zwischen elektronischen Zuständen und Schwingungs- und Rotationszuständen unterschieden, wobei sich die elektronischen Zustände jeweils in verschieden angeregte Schwingungs- und Rotations- Zustände aufteilen.

Durch Absorption eines Photons kann ein elektronisch angeregter Zustand hervorgerufen werden, wobei die Energiedifferenz des angeregten Zustandes und des Grundzustandes der Energie des Photons entspricht.

Abb. 1: Energieniveauschema


Das Lambert-Beer'sche Gesetz beschreibt die Absorptionseigenschaften eines Moleküls:

I=I0 * exp (-e*L*c)

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,welche die Abhängigkeit der Fluoreszenz von der Quencherkonzantration beschreibt.

Experimentelles

Chemikalien:


·   in Heptan gelöste Chlorophyll-Stammlösung c = 2*10-3 mol/L

·   n-Heptan (leicht entzündlich, gesundheitsschädlich, Umweltgefährlich)

·   p-Benzochinon (Toxisch, Umweltgefährlich)

·   Aceton zur Reinigung


Geräte:


·   Abzug

·    Pipetten 5 und 10 ml

·    Spatel/Plastiklöffel

·    Abfallbehälter organische Lösungen

·    Abfällbehälter Feststoffe

·    Faltenfilter

·    Trichter

·    Standzylinder 100 ml

·    Bechergläser 500 ml

·    Einmalhandschuhe

Versuchsaufbau:


Abb. 2 Versuchsaufbau

In diesem Versuch dient ein Helium-Neon-Laser (632,8 nm) als Strahlungsquelle.

Die aus dem Laser gesendeten Strahlen werden durch eine zwei Zentimeter lange Küvette auf eine dahinter befindliche Photodiode 1 geleitet. Diese Photodiode misst das Ausmaß der Absorption der Strahlung innerhalb der Küvette.

Senkrecht zur Strahlenachse befindet sich die Photodiode 2 mit einem Filter, der fast die komplette Strahlung bei 632,8 nm absorbiert. Diese Photodiode registri.....

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2. Quencherreihe

In dieser Versuchsreihe wurde eine 0,25*10-3 M (100mL) Chlorophylllösung geteilt. Eine Hälfte wurde mit einer Spatelspitze p-Benzochinon versehen und anschließend abfiltriert, so dass die unlöslichen Reste keine Verfälschung des Ergebnisses hervorrufen würden.

Zunächst wurden 10 mL der Lösung mit Quencher in die Küvette gegeben und die Fluoreszenz bestimmt. Im weiteren Verlauf wurden für jede weitere Messung, der insgesamt fünf Messungen, je 5 mL der Messlösung durch 5 mL der Lösung ohne Quencher ersetzt.

Für den zweiten Part der Quencherreihe wurde mit der Lösung ohne Quencher begonnen und im weiteren Verlauf (insgesamt fünf Messungen) mit der Lösung mit Quencher verdünnt.

Entsorgung:


Die verwendeten Chemikalien müssen in speziell dafür vorgesehenen Abfallbehältern für

halogenfreie organische Lösungsmittel entsorgt werden.

Resultate und Auswertung

Aus der Abbildung 3 kann ein exponentiell abfallendender Verlauf des Graphen der Intensität bei steigender Konzentration der Chlorophyllösung entnommen werden.

Dieser Verlauf entspricht den Erwartungen, die sich aufgrund des Lambert-Beer'schen Gesetzes I=I0 * exp (-e*L*c) ergeben haben. Dies bedeutet, dass bei höheren Konzentrationen mehr Licht absorbiert wird, als bei geringen Konzentrationen.

In der Abbildung 4, der Auftragung der Fluoreszenz gegen die Chlorophyllkonzentration, ist  bei kleinen Konzentrationen bis 0,0005 mol/L ein annähernd linearer .....

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ein Wert zu ε= 1063,2±6,2 L/cm*mol.

Die Bestimmung des Extinktionskoeffizienten der Chlorophylllösung wurde am zweiten

Versuchstag mit kleineren Konzentrationenänderungen wiederholt und es ergab sich ein Wert zu: ε=1321±45 L/cm*mol.  Diese Ergebnisse können der Abbildung 7 entnommen werden.

Im Diagramm in der Abbildung 8 kann beobachtet werden, dass mit steigender Quencherkonzenzentration die Fluoreszenz der Chlorophylllösung abnimmt. Dieses Phänomen passt mit den Erwartungen, dass über einen Quencher strahlungslose Übergänge bevorzugt sind, überein.

Da die reale Konzentration des Quenchers unbekannt ist, wird zur Ermittlung dieser

ein Stern-Volmer-Diagramm (Abb. 9) genutzt.

Abbildung 9 zeigt das Stern-Volmer-Diagramm, wobei die Stern-Volmer-Gleichung

aufgetragen wird.

(F0 :Fluoreszenzausbeute ohne Quencherkonzantration, F: Fluoreszenzausbeute mit Quencher, kq:  Geschwindigkeitskonstante der Quenchingreaktion, kr:  inverse Fluoresenzlebensdauer, [Q]: die Quencherkonzentration)

Es wird nun angenommen, dass mit einer Quencherkonzentration von 1g/L gearbeitet wurde. Für diesen Wert existiert eine Referenzmessung mit einer bekannten Steigun.....

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             b0 = 1. 082 L/g, σb = Unsicherheit der Regressionsgeradensteigung der gemessenen

             Werte).


Hervorzuheben ist, dass der Fehler der zweiten Messung des Extinktionskoeffizienten eine Zehnerpotenz größer ist als der, der ersten Messung. Daraus folgt, dass die erste Messung genauer war, obwohl die Konzentrationsabstände beim zweiten Mal deut.....


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