Sulla strada della fisica moderna
Mai mettere le banane e le mele nello stesso cestino!
É da tempo risaputo che la presenza di una cestino di
mele fa maturare un intero casco di banane. Il perchè
ancora non lo si conosceva.
L' etilene (C2H4) è un ormone gassoso, adrenalina per le
piante. Emettono etilene gli alberi di mele quando i frutti
sono maturi, le orchidee quando fioriscono (e smettono di
emetterlo quando sono impollinate) e l'uva quando ne si
spezza una foglia. Come lo sappiamo? Grazie al laser!
Un fascio laser a infrarossi (CO2) induce delle vibrazioni delle molecole di etilene. Queste ultime "collidono"
con le molecole di aria e trasmettono la loro eccitazione. Se il laser è ad intermittenza ad una frequenza di
pochi kHz, un'onda di molecole in rapido movimento si propaga nel gas come un'onda acustica alla stessa
frequenza - abbastanza per poterla sentire con un microfono.
-1
-1
La quantità di etilene è insignificativamente piccola - solo 1 su un miliardo di aria. Questo richiede dei
metodi sperimentali speciali. Uno di questi è la photo-acoustica.
C2H4 production (pmol g h )
12
8
100%
RH
50%
RH
4
E
0
0
Il punto chiave dello spettroscopio fotoacoustico sta nel fatto che la bassa-energia (ovvero ampia lunghezza
d'onda, ovvero eccitazione a infrarossi) comporta un tempo di vita maggiore. Per questo motivo, il
decadimento dai livelli superiori avviene mediante le collisioni con altre molecule, piuttosto che attraverso
una de-eccitazione radiativa diretta. Il suono è creato dalle collisioni delle molecole.
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
44
48
time (h)
Le orchidee cominciano ad emettere etilene appena
dopo essere state impollinate. In un'atmosfera
asciutta questo processo ricomincia.
Effetto della dessicazione ritardata della produzione di etilene di fiori
Cymbidium evirati. La produzione di etilene dei fiori non-evirati era bassa
(~0.5 pmol g-1 h-1) e non ha mostrato alcuna risposta significativa ai
cambiamenti dell' RH). E=tempo di evirazione.
from: E.J. Woltering and F. Harren, J. Exp. Botany, 40 (1989) 907, with permission
Special thanks for schemes and explanations to Dr Andrea Boscetti CNR and IRST, Trento
100
10.494
10.513
10.532
10.551
10.571
10.591
10.611
10.632
10.653
10.675
10.696
120
10.195
10.22
10.233
10.247
10.274
10.289
Potenza del laser (relativa)
Distribuzione spettrale del laser CO2
80
60
Il suono è generato nel campione di gas se l'energia di radiazione viene assorbita; questo
avviene solo se l'energia del fotone del laser di eccitamento è pari almeno a un livello di energia
della molecola studiata (i.e. alla differenza fra l'energia dello stato eccitato della particella e
quella del suo stato fondamentale). Se vengono usate più righe dello spettro del laser di
eccitazione che corrispondono a più livelli, si ottine un'impronta chiara delle molecole. Questo
metodo è particolarmente adatto per le molecole complesse, con più livelli di vibrazione.
40
20
0
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
Il laser CO2 produce tante righe nel range degli infrarossi - questo tipo di laser è uno dei più
usati nello spettroscopio fotoacustico. Attualmente, sono impiegati anche i laser a
semiconduttori.
Lunghezza d'onda (mm)
La molecola di etilene ha molte righe di assorbimento che corrispondono alle righe di emissione
del laser CO2.
Molecula di etilene e il suo spettro di assorbimento a infrarossi (lunghezza d'onda circa = 10 μm)
http://webbook.nist.gov/chemistry
Traduzione in italiano: Gloria Zen
http://vpl.ipac.caltech.edu/spectra/c2h4.htm
Così, quando la fotoacustica sarà presente
nelle nostre case, tornati dal lavoro potremo
chiedere:
- Come sta oggi, Signorina Orchidea?