נצילות קוונטית

הנצילות הקוונטית (מסמנים ${\displaystyle \Phi }$ או ${\displaystyle QY}$) של תהליך שנוצר על ידי קרינה היא מספר הפעמים שמתרחש אירוע ספציפי לכל פוטון שנספג על ידי המערכת. "האירוע", הוא בדרך כלל סוג של תגובה כימית.

יישומים

הנצילות הקוונטית של התפרקות מולקולת מגיב בתגובה כימית מוגדרת באופן הבא:

${\displaystyle \Phi ={\frac {\rm {\#\ molecules\ decomposed}}{\rm {\#\ photons\ absorbed}}}}$

כלומר, היחס בין מספר המולקולות שהתפרקו לבין מספר הפוטונים שנבלעו.

הנצילות הקוונטית באירוע אחר, פלואורסצנציה, מוגדרת באופן הבא:^[1]

${\displaystyle \Phi ={\frac {\rm {\#\ photons\ emitted}}{\rm {\#\ photons\ absorbed}}}}$

כלומר, היחס בין מספר הפוטונים שנפלטו לבין מספר הפוטונים שנבלעו.

דוגמאות

נצילות קוונטית משמשת במידול פוטוסינתזה:^[2]

${\displaystyle \Phi ={\frac {\rm {\mu mol\ CO_{2}\ fixed}}{\rm {\mu mol\ photons\ absorbed}}}}$

בתהליך פירוק פוטוכימי, כאשר מולקולה מתפרדת לאחר בליעת אור, הנצילות הקוונטית היא היחס בין מספר המולקולות המפורקות לבין מספר הפוטונים שנבלעים על ידי המערכת. מאחר שלא כל הפוטונים נספגים באופן פרודוקטיבי, הנצילות הקוונטית האופיינית תהיה קטנה מ -1.

נצילויות קוונטיות גדולות מ-1 אפשריות עבור תגובת שרשרת מבוססת קרינה או פוטוניקה, כאשר פוטון בודד מעורר שרשרת של טרנספורמציות. דוגמה אחת היא תגובה של מימן עם כלור שבה ניתן לייצר ${\displaystyle 10^{6}}$ מולקולות של מימן כלורי פר מנה של אור כחול שנבלע.^[3]

בספקטרוסקופיה אופטית, נצילות קוונטית היא ההסתברות שמצב קוונטי מסוים ייווצר ממצב קוונטי התחלתי נתון. לדוגמה, במעבר ממצב סינגלט למצב טריפלט, הנצילות נקבעת על פי מספר המולקלות שעברו על ידי עירור אופטי ממצב אחד למשנהו.

באופן אמפירי, ניתן למדוד נצילות קוונטית פלאורסצנטית יחסית (לדוגמה מסוימת) בהשוואה לנצילות קוונטית ידועה (למשטח ייחוס):^[1]

${\displaystyle \Phi =\Phi _{\mathrm {R} }\times {\frac {\mathit {Int}}{{\mathit {Int}}_{\mathrm {R} }}}{\frac {1-10^{-A_{\mathrm {R} }}}{1-10^{-A}}}{\frac {{n}^{2}}{{n_{\mathrm {R} }}^{2}}}}$

כאשר R מציין ערכי ייחוס, Int הוא אינטגרל המהווה את השטח תחת "פיק" הפליטה, A היא הצפיפות האופטית באורך גל הבליעה ו-n הוא מקדם השבירה של התמיסה.^[4]

ראו גם

• יעילות קוונטית

הערות שוליים

1.  Lakowicz, Joseph R. Principles of Fluorescence Spectroscopy (Kluwer Academic / Plenum Publishers 1999) p.10. ISBN 978-0-387-31278-1
2. Skillman JB (2008). "Quantum yield variation across the three pathways of photosynthesis: not yet out of the dark". J. Exp. Bot. 59 (7): 1647–61. doi:10.1093/jxb/ern029. PMID 18359752.
3.  Laidler K.J., Chemical Kinetics (3rd ed., Harper & Row 1987) p.289 ISBN 0-06-043862-2
4. Albert M. Brouwer, Standards for photoluminescence quantum yield measurements in solution (IUPAC Technical Report), Pure Appl. Chem., Vol. 83, No. 12, pp. 2213–2228, 2011. doi:10.1351/PAC-REP-10-09-31.