Флуоресценция

От Уикипедия, свободната енциклопедия
Отидете на навигация Отидете на търсене
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 или тройка ... 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

Стоукс смяна rus.png

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):

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.

Диаграма на Яблонски rus.png

При нормални условия повечето молекули са в основно електронно състояние. ... При поглъщане на светлината молекулата преминава във възбудено състояние ... Когато се възбуди до по-високи електронни и вибрационни нива, излишната енергия се изразходва бързо, прехвърляйки флуорофора към най-ниското вибрационно подниво на състоянието ... Има обаче изключения: например, флуоресценцията на азулен може да възникне и от двете и от 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

където Броят на фотоните, излъчвани в резултат на флуоресценция, и - 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 и - скоростни константи на радиационно и нерадиационно дезактивиране на възбудено състояние.

Проста диаграма на две нива.JPG

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

От последната формула следва, че ако , 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

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

Бележки (редактиране)

  1. http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf . Лекция номер 2. Основи на луминесценцията (продължение). .
  2. Основни понятия и значения във флуоресцентна микроскопия . stormoff.ru. Дата на лечение: 7 януари 2020 г.
  3. Праймер за микроскопия с молекулярни изрази: Специализирани техники за микроскопия - Флуоресценция - Основни понятия във флуоресценцията . micro.magnet.fsu.edu. Дата на лечение: 7 януари 2020 г.
  4. Изместване на Стокс в разтвори и газове. Независимост на спектъра на излъчване от дължината на вълната на абсорбция. Правилото за огледална симетрия и изключване от него.
  5. Молекулни изрази: наука, оптика и вие: светлина и цвят – източници на видима светлина . micro.magnet.fsu.edu. Дата на лечение: 7 януари 2020 г.
  6. Джоузеф Р. Лакович. Принципи на флуоресцентна спектроскопия / RJ Lakowicz. -Ню Йорк: Springer Science, 2006 .-- 960 стр.
  7. Берлман IB. 1971. Наръчник по флуоресцентни спектри на ароматни молекули, 2-ро изд. Academic Press, Ню Йорк.

литература

Връзки