Флуоресценция

Тази статия разчита до голяма степен или изцяло на неоторизирани източници , което може да породи съмнения относно неутралността и проверимостта на предоставената информация. Такива източници също не показват значимостта на темата на статията. Статията може да бъде подобрена чрез използване на авторитетни източници в тази тема .

Флуоресценция на ураново стъкло в ултравиолетова светлина

Тоник при облъчване с видима (вляво) и ултравиолетова (вдясно) светлина. Синята флуоресценция се дължи на наличието на хининови производни в напитката.

Флуоресценцията или флуоресценцията е физически процес, вид луминесценция . Флуоресценцията обикновено се нарича радиационен преход на възбудено състояние от най-ниското синглетно вибрационно ниво S ₁ към основното състояние S ₀ ^{[ неуточнен източник 1196 дни ]} . В общия случай флуоресценцията е разрешен радиационен преход между две състояния с една и съща множественост : между синглетни нива ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">С</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\to </span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">С</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">0</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {1} \ надясно S_ {0}} или тройка ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\to </span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">0</span></span>}}}${\ displaystyle T_ {1} \ надясно T_ {0}} ... Типичният живот на такова възбудено състояние е 10 ⁻¹¹ −10 ⁻⁶ s ^[1] .

Флуоресценцията трябва да се различава от фосфоресценцията - забранен на спин радиационен преход между две състояния с различна множественост. Например, радиационният преход на възбуденото триплетно състояние T ₁ към основното състояние S ₀ . Синглет-триплетните преходи са квантово-механични забранени; следователно , времето на живот на възбуденото състояние по време на фосфоресценция е от порядъка на 10 ^-3 -10 ^-2 s ^[2] .

Произход на термина

Терминът "флуоресценция" идва от името на минерала флуорит , в който е открит за първи път, и лат. -escent е слаб суфикс за действие.

Изучаване на история

За първи път флуоресценцията на хининовите съединения е наблюдавана от физика Джордж Стоукс през 1852 г.

Теоретична основа

Според концепциите на квантовата химия електроните в атомите са разположени на енергийни нива . Разстоянието между енергийните нива в молекулата зависи от нейната структура. Когато веществото е облъчено със светлина, е възможен преход на електрони между различни енергийни нива. Енергийната разлика между енергийните нива и честотата на вибрациите на погълнатата светлина са свързани помежду си чрез уравнението (постулат на II Бор):

${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">Е</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">2</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">-</span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">Е</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">з</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\nu </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">...</span></span>}${\ displaystyle E_ {2} -E_ {1} = h \ nu.}

След поглъщане на светлината част от получената от системата енергия се изразходва в резултат на релаксация . Част от него може да бъде излъчена под формата на фотон с определена енергия ^[3] .

Съотношението на спектрите на абсорбция и флуоресценция

Флуоресцентният спектър се измества спрямо абсорбционния спектър към по-дълги дължини на вълната. Това явление е получило името " Стоксова смяна ". Причинява се от нерадиационни процеси на релаксация. В резултат част от енергията на погълнатия фотон се губи, а излъченият фотон има по-ниска енергия и съответно по-голяма дължина на вълната ^{[4] [5]} .

Схематично представяне на процесите на излъчване и поглъщане на светлина. Диаграма на Яблонски

Процесите на поглъщане на светлина и флуоресценция са показани схематично на диаграмата на Яблонски.

При нормални условия повечето молекули са в основно електронно състояние. ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">С</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">0</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {0}} ... При поглъщане на светлината молекулата преминава във възбудено състояние ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">С</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {1}} ... Когато се възбуди до по-високи електронни и вибрационни нива, излишната енергия се изразходва бързо, прехвърляйки флуорофора към най-ниското вибрационно подниво на състоянието ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">С</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {1}} ... Има обаче изключения: например, флуоресценцията на азулен може да възникне и от двете ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">С</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {1}} и от ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">С</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">2</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {2}} държави.

Квантов добив на флуоресценция

Квантовият добив на флуоресценция показва колко ефективно протича този процес. Определя се като съотношението на броя на излъчените и погълнатите фотони. Квантовият добив на флуоресценция може да бъде изчислен с помощта на формулата

${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Phi </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\frac{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">н</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">д</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">м</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">н</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">а</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">б</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">с</span></span>}}}}${\ displaystyle \ Phi = {\ frac {N_ {em}} {N_ {abs}}}}

където ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">н</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">д</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">м</span></span>}}}${\ displaystyle {N_ {em}}} Броят на фотоните, излъчвани в резултат на флуоресценция, и ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">н</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">а</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">б</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">с</span></span>}}}${\ displaystyle {N_ {abs}}} - общият брой погълнати фотони. Колкото по-висок е квантовият добив на флуорофора , толкова по-интензивна е неговата флуоресценция. Квантовият добив може да се определи и с помощта на опростена диаграма на Яблонски ^[6] , където ${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Gamma </span></span>}}${\ displaystyle {\ Gamma}} и ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">к</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">н</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">r</span></span>}}}${\ displaystyle k_ {nr}} - скоростни константи на радиационно и нерадиационно дезактивиране на възбудено състояние.

Тогава частта от флуорофорите, връщаща се в основното състояние с излъчване на фотон, и оттам квантовият добив:

${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Phi </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\frac{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Gamma </span></span>}}{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Gamma </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">+</span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">к</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">н</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">r</span></span>}}}}${\ displaystyle \ Phi = {\ frac {\ Gamma} {\ Gamma + k_ {nr}}}}

От последната формула следва, че ${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Phi </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\to </span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}${\ displaystyle \ Phi \ стрелка надясно 1} ако ${\displaystyle \frac{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">к</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">н</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">r</span></span>}}}{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Gamma </span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\to </span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">0</span></span>}}${\ displaystyle {\ frac {k_ {nr}} {\ Gamma}} \ надясно 0} , тоест ако скоростта на нерадиационния преход е много по-малка от скоростта на радиационния преход. Имайте предвид, че квантовият добив винаги е по-малък от единица поради загубите на Стокс .

Флуоресцентни съединения

Флуоресценция в ултравиолетова светлина 0,0001% водни разтвори: синьо - хинин, зелено - флуоресцеин, оранжево - родамин-В, жълто - родамин-6G

Много органични вещества са способни на флуоресценция, обикновено съдържат система от конюгирани π-връзки. Най-известните са хинин , метилово зелено, метилово синьо, фенол червено, кристално виолетово, брилянтно синьо кризол, POPOP, флуоресцеин , еозин , акридинови багрила (акридиново оранжево, акридиново жълто), родамини (родамин 6G, родамин и B). много други.

Приложение

В производството на бои и боядисване на текстил

В този раздел липсват връзки към източници на информация . Информацията трябва да бъде проверяема , в противен случай може да бъде поставена под въпрос и премахната. Можете да редактирате тази статия, като добавите връзки към авторитетни източници . Този знак е поставен на 13 юни 2021 г.

Флуоресцентни пигменти се добавят към бои , флумастери , а също и при боядисване на текстил , предмети от бита, бижута и др., за да се получат особено ярки ("блестящи", "киселинни") цветове с повишено спектрално албедо в необходимия диапазон на дължина на вълната, понякога над 100 %. Този ефект се постига благодарение на факта, че флуоресцентните пигменти превръщат ултравиолетовата светлина, съдържаща се в естествената светлина и в светлината на много изкуствени източници (както и за жълтите и червените пигменти, късовълновата част на видимия спектър) в излъчване на желаната гама, което прави цвета по-интензивен. Специален вид флуоресцентни текстилни пигменти е оптично синьо , което превръща ултравиолетовата светлина в синя светлина, което компенсира естествения жълтеникав оттенък на тъканта , като по този начин се постига ефектът на снежнобял цвят на дрехите и спалното бельо . Оптично синьо се използва както за фабрично боядисване на тъкани , така и за освежаване на цвета при пране , в прахове за пране . Подобни пигменти се използват в много видове хартия, включително хартия за ежедневна офис употреба. Той има най-високо съдържание на пигмент със синьо, като правило.

Флуоресцентните бои, комбинирани с черна светлина , често се използват при проектирането на дискотеки и нощни клубове . Практикува се и използването на флуоресцентни пигменти в мастилата за татуировки .

В технологиите

Флуоресцентните добавки често се добавят към технически течности, например антифризи , за да се улесни откриването на течове от уреда. При ултравиолетова светлина петната от такава течност стават много ясно видими. ^{[ източник не е посочен 86 дни ]} .

По биология и медицина

Флуоресценция (отдолу) при ултравиолетово осветление на алкохолен разтвор на хлорофил

В биохимията и молекулярната биология са намерили приложение флуоресцентните сонди и багрила, които се използват за визуализиране на отделни компоненти на биологичните системи. Например, еозинофилите ( кръвни клетки) са наречени така, защото имат афинитет към еозина , което ги прави лесни за преброяване при кръвен тест .

Лазери

Флуорофорите с високи квантови добиви и добра фотостабилност могат да се използват като компоненти в активната среда на лазерите с багрила.

В криминалистиката

Определени флуоресцентни вещества се използват в оперативно-издирвателна дейност (за маркиране на пари, други предмети при документиране на фактите за подкуп и изнудване. Могат да се използват и в химически капани)

По хидрология и екология

Флуоресцеинът е използван през 1877 г., за да докаже, че реките Дунав и Рейн са свързани с подземни канали. ^[7] . Багрилото е въведено във водите на Дунав и няколко часа по-късно характерната зелена флуоресценция е открита в малка река, вливаща се в Рейн. Днес флуоресцеинът се използва и като специфичен маркер, който улеснява намирането на разбити пилоти в океана. За това просто се счупва ампула с боя, която, разтваряйки се във вода, образува ясно видимо зелено петно ​​с голям размер. Също така, флуорофорите могат да се използват за анализ на замърсяването на околната среда (откриване на течове на нефт (нефтени филми) в моретата и океаните).

Вижте също

• Луминесценция
• Фосфоресценция
• Сонолуминесценция
• Биолуминесценция
• Електрофосфоресценция
• Хемилуминесценция
• Флуориметрия

Бележки (редактиране)

литература

• Лабас Ю. А., Гордеева А. В., Фрадков А. Ф. Флуоресцентни и оцветени протеини // Природа, 2003, № 3.
• Векшин Н. Л. Флуоресцентна спектроскопия на биополимери. Пущино, Фотон век, 2009.
• Флуоресценция // Енциклопедичен речник на Брокхаус и Ефрон : в 86 тома (82 тома и 4 допълнителни). - SPb. , 1890-1907.
• Флуоресценция - статия от Голямата съветска енциклопедия .
• Лозовская Е. Защо блестят // Наука и живот , 2004, № 8.
• Сиянието на минералите // Наука и живот , 1998, № 5

Връзки

• Флуоресцентните корали помагат в борбата с грипа

В друг раздел езикът има пълен член Fluorescence (Eng.). Можете да помогнете на проекта, като разширите настоящата статия с превод. В същото време, за да се съобразите с правилата за приписване , трябва да инсталирате шаблона {{ преведена статия }} на страницата за дискусия или да предоставите връзка към изходната статия в коментара към редакцията.