Fluorescencia

Z Wikipédie, voľnej encyklopédie
Prejsť na navigáciu Prejsť na vyhľadávanie
Fluorescencia uránového skla v ultrafialovom svetle
Tonikum pri ožiarení viditeľným (vľavo) a ultrafialovým (vpravo) svetlom. Modrá fluorescencia je spôsobená prítomnosťou derivátov chinínu v nápoji.

Fluorescencia alebo fluorescencia je fyzikálny proces, druh luminiscencie . Fluorescencia sa zvyčajne nazýva radiačný prechod excitovaného stavu z najnižšej singletovej vibračnej hladiny S 1 do základného stavu S 0 [ nešpecifikovaný zdroj 1196 dní ] . Vo všeobecnom prípade je fluorescencia spinom povolený radiačný prechod medzi dvoma stavmi rovnakej multiplicity : medzi úrovňami singletu alebo trojčatá ... Typická životnosť takéhoto excitovaného stavu je 10 −11 −10 −6 s [1] .

Fluorescencia by sa mala odlíšiť od fosforescencie - spin-zakázaný radiačný prechod medzi dvoma stavmi rôznej multiplicity. Napríklad radiačný prechod excitovaného tripletového stavu T 1 do základného stavu S 0 . Singlet-tripletové prechody sú kvantovo-mechanicky zakázané, preto je životnosť excitovaného stavu počas fosforescencie rádovo 10 −3 −10 −2 s [2] .

Pôvod termínu

Termín "fluorescencia" pochádza z názvu minerálu fluoritu , v ktorom bol prvýkrát objavený, a lat. -escent je slabá akčná prípona.

Študovať históriu

Prvýkrát fluorescenciu chinínových zlúčenín pozoroval fyzik George Stokes v roku 1852.

Teoretický základ

Stokes shift rus.png

Podľa konceptov kvantovej chémie sa elektróny v atómoch nachádzajú na energetických úrovniach . Vzdialenosť medzi energetickými hladinami v molekule závisí od jej štruktúry. Keď je látka ožiarená svetlom, je možný prechod elektrónov medzi rôznymi energetickými hladinami. Energetický rozdiel medzi energetickými hladinami a frekvenciou vibrácií absorbovaného svetla sú vo vzájomnom vzťahu podľa rovnice (II Bohrov postulát):

Po absorpcii svetla sa časť energie prijatej systémom spotrebuje ako výsledok relaxácie . Časť z nej môže byť emitovaná vo forme fotónu určitej energie [3] .

Pomer absorpčného a fluorescenčného spektra

Fluorescenčné spektrum je oproti absorpčnému spektru posunuté smerom k dlhším vlnovým dĺžkam. Tento fenomén dostal názov „ Stokesov posun “. Je to spôsobené neradiačnými relaxačnými procesmi. V dôsledku toho sa časť energie absorbovaného fotónu stratí a emitovaný fotón má nižšiu energiu, a teda aj dlhšiu vlnovú dĺžku [4] [5] .

Schematické znázornenie procesov emisie a absorpcie svetla. Yablonsky diagram

Procesy absorpcie svetla a fluorescencie sú schematicky znázornené na Yablonskyho diagrame.

Jablonského diagram rus.png

Za normálnych podmienok je väčšina molekúl v základnom elektronickom stave. ... Po absorpcii svetla molekula prechádza do excitovaného stavu ... Pri excitácii na vyššiu elektronickú a vibračnú úroveň sa prebytočná energia rýchlo spotrebuje a prenesie fluorofór na najnižšiu vibračnú podúroveň stavu ... Existujú však výnimky: napríklad fluorescencia azulénu sa môže vyskytnúť z oboch a od štátov.

Fluorescenčný kvantový výťažok

Fluorescenčný kvantový výťažok ukazuje, ako efektívne tento proces prebieha. Je definovaný ako pomer počtu emitovaných a absorbovaných fotónov. Kvantový výťažok fluorescencie možno vypočítať pomocou vzorca

kde Je počet fotónov emitovaných v dôsledku fluorescencie a - celkový počet absorbovaných fotónov. Čím vyšší je kvantový výťažok fluorofóru , tým intenzívnejšia je jeho fluorescencia. Kvantový výťažok možno určiť aj pomocou zjednodušeného Yablonskyho diagramu [6] , kde a - rýchlostné konštanty radiačnej a nežiarivej deaktivácie excitovaného stavu.

Jednoduchý dvojúrovňový diagram.JPG

Potom sa frakcia fluoroforov vracia do základného stavu s emisiou fotónu, a teda kvantový výťažok:

Z posledného vzorca to vyplýva ak , to znamená, ak je rýchlosť nežiarivého prechodu oveľa menšia ako rýchlosť radiačného prechodu. Všimnite si, že kvantový výnos je vždy menší ako jednota v dôsledku Stokesových strát.

Fluorescenčné zlúčeniny

Fluorescencia v ultrafialovom svetle 0,0001% vodné roztoky: modrá - chinín, zelená - fluoresceín, oranžová - rodamín-B, žltá - rodamín-6G

Mnohé organické látky sú schopné fluorescencie, zvyčajne obsahujú systém konjugovaných π-väzieb. Najznámejšie sú chinín , metylová zeleň, metylová modrá, fenolová červeň, krištáľová fialová, brilantná modrá crisol, POPOP, fluoresceín , eozín , akridínové farbivá (akridínová oranž, akridínová žltá), rodamíny (rodamín 6G, rodamín B), nílska červeň a mnoho ďalších.

Aplikácia

Pri výrobe farieb a farbení textílií

Fluorescenčné pigmenty sa pridávajú do farieb , fixiek a tiež pri farbení textílií , domácich potrieb, šperkov atď., aby sa získali obzvlášť jasné („honosné“, „kyslé“) farby so zvýšeným spektrálnym albedom v požadovanom rozsahu vlnových dĺžok, niekedy presahuje 100 %. Tento efekt je dosiahnutý vďaka tomu, že fluorescenčné pigmenty premieňajú ultrafialové svetlo obsiahnuté v prirodzenom svetle a vo svetle mnohých umelých zdrojov (ako aj pre žlté a červené pigmenty, krátkovlnovú časť viditeľného spektra) na žiarenie požadovaný rozsah, čím je farba intenzívnejšia. Špeciálnym typom fluorescenčných textilných pigmentov je optická modrá , ktorá premieňa ultrafialové svetlo na modré svetlo, ktoré kompenzuje prirodzený žltkastý odtieň látky , čím sa dosahuje efekt snehovo bielej farby oblečenia a posteľnej bielizne . Optická modrá sa používa ako na továrenské farbenie látok , tak aj na osvieženie farby pri praní v pracích práškoch . Podobné pigmenty sa používajú v mnohých druhoch papiera, vrátane papiera na každodenné kancelárske použitie. Má spravidla najvyšší obsah pigmentu s modrou farbou.

Fluorescenčné farby v kombinácii s čiernym svetlom sa často používajú pri navrhovaní diskoték a nočných klubov . Praktizuje sa aj použitie fluorescenčných pigmentov v tetovacích farbách .

V technológii

Fluorescenčné prísady sa často pridávajú do technických kvapalín, napríklad do nemrznúcich zmesí , aby sa uľahčilo nájdenie únikov z jednotky. V ultrafialovom svetle sú šmuhy takejto kvapaliny veľmi zreteľne viditeľné. [ zdroj neuvedený 86 dní ] .

V biológii a medicíne

Fluorescencia (dole) pod ultrafialovým osvetlením alkoholového roztoku chlorofylu

V biochémii a molekulárnej biológii našli uplatnenie fluorescenčné sondy a farbivá, ktoré slúžia na vizualizáciu jednotlivých zložiek biologických systémov. Napríklad eozinofily ( krvinky ) sú tak pomenované, pretože majú afinitu k eozínu , vďaka čomu sa dajú ľahko spočítať v krvnom teste .

Lasery

Fluorofóry s vysokými kvantovými výťažkami a dobrou fotostabilitou možno použiť ako zložky v aktívnych médiách farebných laserov.

V súdnom lekárstve

Určité fluorescenčné látky sa používajú pri operatívno-pátracej činnosti (na označenie peňazí, iných predmetov pri dokumentovaní skutkového podplácania a vydierania. Môžu sa použiť aj v chemických lapačoch)

V hydrológii a ekológii

Fluoresceín bol použitý v roku 1877 na dôkaz, že rieky Dunaj a Rýn sú spojené podzemnými kanálmi. [7] . Farbivo sa dostalo do dunajských vôd a o niekoľko hodín neskôr sa v malej riečke vlievajúcej sa do Rýna našla charakteristická zelená fluorescencia. Dnes sa fluoresceín používa aj ako špecifický marker, ktorý uľahčuje nájdenie stroskotaných pilotov v oceáne. Na tento účel sa jednoducho rozbije ampulka s farbivom, ktorá po rozpustení vo vode vytvorí jasne viditeľnú zelenú škvrnu veľkej veľkosti. Fluorofóry možno použiť aj na analýzu znečistenia životného prostredia (zisťovanie únikov ropy (olejových filmov) v moriach a oceánoch).

pozri tiež

Poznámky (upraviť)

  1. http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf . Prednáška číslo 2. Základy luminiscencie (pokračovanie). .
  2. Základné pojmy a významy vo fluorescenčnej mikroskopii . stormoff.ru. Termín ošetrenia: 7.1.2020.
  3. Molecular Expressions Microscopy Primer: Špecializované mikroskopické techniky - Fluorescencia - Základné pojmy vo fluorescencii . micro.magnet.fsu.edu. Termín ošetrenia: 7.1.2020.
  4. Stokesov posun v roztokoch a plynoch. Nezávislosť emisného spektra od vlnovej dĺžky absorpcie. Pravidlo zrkadlovej symetrie a vylúčenie z nej.
  5. Molekulárne výrazy: Veda, optika a vy: Svetlo a farby – zdroje viditeľného svetla . micro.magnet.fsu.edu. Termín ošetrenia: 7.1.2020.
  6. Joseph R. The Lakowicz. Princípy fluorescenčnej spektroskopie / RJ Lakowicz. -NY: Springer Science, 2006 .-- 960 s.
  7. Berlman IB. 1971. Príručka fluorescenčných spektier aromatických molekúl, 2. vyd. Academic Press, New York.

Literatúra

Odkazy