Inaktivierung von Proteinen und Zellen durch Laserbestrahlung von ...

Theorie 29
Experimentell wurde er zu 279.5◦Cbeiüber Sekunden bis Minuten anhaltender
Temperatur bestimmt [8].
Physikalische Ursache für die Barriere ist die Tatsache, dass bei der Ausbildung
von Blasen in Wasser die Oberflächenspannung von Wasser einen wichtigen Beitrag
liefert, der der Verdampfung entgegensteht. Für eine korrekte Beschreibung
muss zu dem chemischen Potential des Dampfes und der Flüssigkeit ein Term für
die Oberflächenspannung eingefügt werden:
∆G = 4πr3
(µg − µf)+4πr
3
2 γ (2.12)
mit r dem Blasenradius und γ der Oberflächenspannung von Wasser [195, 1]. Der
Term der Oberflächenspannung hängt quadratisch vom Radius der Blasenkeime
ab, wohingegen der Beitrag des chemischen Potentials vom Volumen d.h. kubisch
vom Radius abhängt. Um eine gekrümmte Wasseroberfläche wie einen Tropfen
oder eine Blase mit einer Oberfläche σ bilden zu können, muss Arbeit w aufgewendet
werden.
dw = γdσ (2.13)
Die Oberflächenenergie der Fläche σ ist γσ, was4πr2γ entspricht, wenn es sich
um eine Sphäre handelt. Daraus läßt sich wie von Adkins [1] beschrieben herleiten,
dass der Druck innerhalb einer gekrümmten Fläche um 2γ/r größer ist als
außerhalb. Dieser Druckbeitrag wirkt sich auf die Phasengrenze aus.
Dampfblasen können deshalb erst wachsen, wenn sie den kritischen Radius rk
überwunden haben, d.h. wenn die Differenz der chemischen Potentiale die Oberflächenspannung
von Wasser übersteigt. Mit wachsender Temperatur steigt die
Differenz der chemischen Potentiale von Wasserdampf in der Blase und Wasser
außerhalb und sinkt die Oberflächenspannung, so dass der kritische Radius, der
überwunden werden muss, kontinuierlich sinkt. Der kritische Blasenradius, der
erreicht werden muss, damit eine Blase weiterwachsen kann, ist in Abbildung 2.8
dargestellt.