Fluorescencja

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Fluorescencja szkła uranowego w świetle ultrafioletowym
Tonik po naświetleniu światłem widzialnym (po lewej) i ultrafioletowym (po prawej). Niebieska fluorescencja jest spowodowana obecnością w napoju pochodnych chininy .

Fluorescencja lub fluorescencja to proces fizyczny, rodzaj luminescencji . Fluorescencja nazywana jest zwykle radiacyjnym przejściem stanu wzbudzonego od najniższego poziomu drgań singletowych S 1 do stanu podstawowego S 0 [ źródło nieokreślone 1196 dni ] . W ogólnym przypadku fluorescencja jest spinem - dozwolonym przejściem radiacyjnym między dwoma stanami o tej samej krotności : między poziomami singletowymi lub trójka ... Typowy czas życia takiego stanu wzbudzonego wynosi 10 −11 −10 −6 s [1] .

Fluorescencję należy odróżnić od fosforescencji , czyli zakazanego spinu przejścia radiacyjnego między dwoma stanami o różnej krotności. Na przykład radiacyjne przejście wzbudzonego stanu tripletowego T 1 do stanu podstawowego S 0 . Przejścia singletowe-trypletowe są kwantowo-mechaniczne zabronione, dlatego czas życia stanu wzbudzonego podczas fosforescencji jest rzędu 10 −3 −10 −2 s [2] .

Pochodzenie terminu

Termin „fluorescencja” pochodzi od nazwy minerału fluorytu , w którym został odkryty po raz pierwszy, a łac. -escent to słaby przyrostek działania.

Historia studiów

Po raz pierwszy fluorescencję związków chininy zaobserwował fizyk George Stokes w 1852 roku.

Podstawy teoretyczne

Stokes shift rus.png

Zgodnie z koncepcjami chemii kwantowej elektrony w atomach znajdują się na poziomach energetycznych . Odległość między poziomami energii w cząsteczce zależy od jej struktury. Gdy substancja jest napromieniowana światłem, możliwe jest przejście elektronów między różnymi poziomami energii. Różnica energii pomiędzy poziomami energii i częstotliwością drgań pochłanianego światła jest powiązana ze sobą równaniem (postulat II Bohra):

Po pochłonięciu światła część energii odbieranej przez system jest zużywana w wyniku relaksacji . Część może być wyemitowana w postaci fotonu o określonej energii [3] .

Stosunek widm absorpcji i fluorescencji

Widmo fluorescencji jest przesunięte w stosunku do widma absorpcji w kierunku dłuższych fal. Zjawisko to otrzymało nazwę „ zmiana Stokesa ”. Jest to spowodowane niepromienistymi procesami relaksacyjnymi. W efekcie część energii pochłoniętego fotonu jest tracona, a emitowany foton ma niższą energię, a co za tym idzie większą długość fali [4] [5] .

Schematyczne przedstawienie procesów emisji i pochłaniania światła. Schemat Yablonsky

Procesy absorpcji światła i fluorescencji przedstawiono schematycznie na diagramie Yablonsky'ego.

Schemat Jabłońskiego rus.png

W normalnych warunkach większość cząsteczek znajduje się w podstawowym stanie elektronowym. ... Po wchłonięciu światła cząsteczka przechodzi w stan wzbudzony ... Podekscytowany do wyższych poziomów elektronowych i wibracyjnych, nadmiar energii jest szybko zużywany, przenosząc fluorofor do najniższego podpoziomu wibracyjnego stanu ... Istnieją jednak wyjątki: na przykład fluorescencja azulenu może wystąpić z obu i od państw.

Wydajność kwantowa fluorescencji

Wydajność kwantowa fluorescencji pokazuje, jak wydajnie przebiega ten proces. Definiuje się ją jako stosunek liczby fotonów wyemitowanych i pochłoniętych. Wydajność kwantową fluorescencji można obliczyć za pomocą wzoru

gdzie Czy liczba fotonów emitowanych w wyniku fluorescencji i - całkowita liczba pochłoniętych fotonów. Im wyższa wydajność kwantowa fluoroforu , tym intensywniejsza jest jego fluorescencja. Wydajność kwantową można również wyznaczyć za pomocą uproszczonego diagramu Yablonsky'ego [6] , gdzie oraz - stałe szybkości radiacyjnej i bezpromienistej dezaktywacji stanu wzbudzonego.

Prosty schemat dwupoziomowy.JPG

Następnie frakcja fluoroforów powracających do stanu podstawowego z emisją fotonu, a co za tym idzie wydajność kwantowa:

Z ostatniej formuły wynika, że Jeśli , to znaczy, jeśli szybkość przejścia niepromienistego jest znacznie mniejsza niż szybkość przejścia radiacyjnego. Zauważ, że wydajność kwantowa jest zawsze mniejsza niż jedność z powodu strat Stokesa .

Związki fluorescencyjne

Fluorescencja w świetle ultrafioletowym 0,0001% roztwory wodne: niebieski - chinina, zielony - fluoresceina, pomarańczowy - rodamina-B, żółty - rodamina-6G

Wiele substancji organicznych jest zdolnych do fluorescencji, zwykle zawierają układ sprzężonych wiązań π. Najbardziej znane to chinina , zieleń metylowa, błękit metylowy, czerwień fenolowa, fiolet krystaliczny, błękit brylantowy, kryzol, POPOP, fluoresceina , eozyna , barwniki akrydynowe (oranż akrydynowy, żółcień akrydynowa), rodaminy (rodamina 6G, rodamina B), czerwień nilowa i wiele innych.

Podanie

W produkcji farb i barwienia tekstyliów

Pigmenty fluorescencyjne dodawane są do farb , flamastrów , a także podczas barwienia tekstyliów , artykułów gospodarstwa domowego, biżuterii itp. w celu uzyskania szczególnie jasnych („błyskotliwych”, „kwaśnych”) kolorów o zwiększonym albedo widmowym w wymaganym zakresie długości fal , czasami przekraczające 100 %. Efekt ten uzyskuje się dzięki temu, że pigmenty fluorescencyjne zamieniają światło ultrafioletowe zawarte w świetle naturalnym oraz w świetle wielu sztucznych źródeł (a także dla pigmentów żółtych i czerwonych, krótkofalowej części widma widzialnego) na promieniowanie pożądany zakres, dzięki czemu kolor jest bardziej intensywny. Specjalnym rodzajem fluorescencyjnych pigmentów tekstylnych jest niebieski optyczny , który zamienia światło ultrafioletowe na promieniowanie niebieskie, co kompensuje naturalny żółtawy odcień tkaniny , dzięki czemu uzyskuje się efekt śnieżnobiałego koloru ubrań i pościeli . Błękit optyczny służy zarówno do fabrycznego barwienia tkanin, jak i do odświeżania koloru podczas prania , w proszkach do prania . Podobne pigmenty są używane w wielu gatunkach papieru, w tym w papierze do codziennego użytku biurowego. W nim zawartość pigmentu z niebieskim jest zwykle najwyższa.

Farby fluorescencyjne w połączeniu z czarnym światłem są często wykorzystywane przy projektowaniu dyskotek i klubów nocnych . Praktykuje się również stosowanie pigmentów fluorescencyjnych w tuszach do tatuażu .

W technologii

W płynach technicznych, na przykład płynach niezamarzających , często dodawane są dodatki fluorescencyjne, aby ułatwić znalezienie wycieków z urządzenia. W świetle ultrafioletowym krople takiej cieczy stają się bardzo wyraźnie widoczne. [ źródło nieokreślone 86 dni ] .

W biologii i medycynie

Fluorescencja (na dole) w świetle ultrafioletowym alkoholowego roztworu chlorofilu

W biochemii i biologii molekularnej znalazły zastosowanie sondy i barwniki fluorescencyjne, które służą do wizualizacji poszczególnych elementów układów biologicznych. Na przykład eozynofile (komórki krwi ) są tak nazwane, ponieważ mają powinowactwo do eozyny , dzięki czemu można je łatwo policzyć w badaniu krwi .

Lasery

Fluorofory o wysokich wydajnościach kwantowych i dobrej fotostabilności mogą być stosowane jako składniki nośników aktywnych laserów barwnikowych.

W kryminalistyce

Niektóre substancje fluorescencyjne są wykorzystywane w operacjach poszukiwawczych (do oznaczania pieniędzy, innych przedmiotów w trakcie dokumentowania faktów przekupstwa i wymuszenia. Mogą być również stosowane w pułapkach chemicznych)

W hydrologii i ekologii

Fluoresceina została użyta w 1877 roku, aby udowodnić, że Dunaj i Ren są połączone podziemnymi kanałami. [7] . Barwnik został wprowadzony do wód Dunaju, a kilka godzin później w małej rzece wpadającej do Renu znaleziono charakterystyczną zieloną fluorescencję. Dziś fluoresceina jest również używana jako specyficzny znacznik, który ułatwia znalezienie rozbitych pilotów w oceanie. Aby to zrobić, ampułka z barwnikiem jest po prostu łamana, która rozpuszczając się w wodzie tworzy wyraźnie widoczną zieloną plamę o dużym rozmiarze. Ponadto fluorofory można wykorzystać do analizy zanieczyszczenia środowiska (wykrywanie wycieków oleju (filmów olejowych) w morzach i oceanach).

Zobacz też

Notatki (edytuj)

  1. http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf . Wykład nr 2. Podstawy luminescencji (ciąg dalszy). .
  2. Podstawowe pojęcia i znaczenia w mikroskopii fluorescencyjnej . burza.pl. Data zabiegu: 7 stycznia 2020 r.
  3. Molecular Expressions Microscopy Primer: Specjalistyczne techniki mikroskopowe - Fluorescencja - Podstawowe pojęcia dotyczące fluorescencji . mikro.magnes.fsu.edu. Data zabiegu: 7 stycznia 2020 r.
  4. Przesunięcie Stokesa w roztworach i gazach. Niezależność widma emisyjnego od długości fali absorpcji. Zasada symetrii lustrzanej i wykluczenia z niej.
  5. Wyrażenia molekularne: nauka, optyka i ty: światło i kolor — źródła światła widzialnego . mikro.magnes.fsu.edu. Data zabiegu: 7 stycznia 2020 r.
  6. Józef R. Lakowicz. Zasady spektroskopii fluorescencyjnej / RJ Lakowicz. -NY: Springer Science, 2006 .-- 960 s.
  7. Berlman IB. 1971. Podręcznik widm fluorescencji cząsteczek aromatycznych, wyd. Prasa akademicka, Nowy Jork.

Literatura

Spinki do mankietów