Флуарэсцэнцыя

Матэрыял з Вікіпедыі - вольнай энцыклапедыі
Перайсці да навігацыі Перайсці да пошуку
Флуарэсцэнцыя уранавага шкла ва ўльтрафіялетавым святле
Тонік пры апрамяненні бачным (злева) і ўльтрафіялетавым (справа) святлом. Блакітная флуарэсцэнцыя абумоўлена наяўнасцю ў напоі вытворных хініну .

Флуарэсцэнцыя , або флюарэсцэнцыя — фізічны працэс, разнавіднасць люмінесцэнцыі . Флуарэсцэнцыяй звычайна называюць выпраменьвальны пераход узбуджанага стану з самага ніжняга сінглетнага вагальнага ўзроўню S 1 у асноўны стан S 0 [ крыніца не паказаны 1196 дзён ] . У агульным выпадку флуарэсцэнцыяй называюць дазволены па спіну выпраменьвальны пераход паміж двума станамі аднолькавай мультыплетнасці : паміж сінглетнымі ўзроўнямі. ці трыплетнымі . Тыповы час жыцця такога ўзбуджанага стану складае 10 −11 −10 −6 з [1] .

Флуарэсцэнцыю варта адрозніваць ад фасфарэсцэнцыі - забароненага па спіну выпраменьвальнага пераходу паміж двума станамі рознай мультыплетнасці. Напрыклад, выпраменьвальны пераход узбуджанага трыплетнага стану T 1 у асноўны стан S 0 . Сінглет-трыплетныя пераходы маюць квантавамеханічную забарону, таму час жыцця ўзбуджанага стану пры фасфарэсцэнцыі складае каля 10 −3 −10 −2 з [2] .

Паходжанне тэрміна

Тэрмін «флуарэсцэнцыя» паходзіць ад назвы мінерала « флюарыт» , у якога яна ўпершыню была выяўлена, і лац. -escent - Суфікс, які азначае слабое дзеянне.

Гісторыя вывучэння

Упершыню флуарэсцэнцыю злучэнняў хініну назіраў фізік Джордж Стокс у 1852 годзе.

Тэарэтычныя асновы

Stokes shift rus.png

Згодна з уяўленнямі квантавай хіміі , электроны ў атамах размешчаны на энергетычных узроўнях . Адлегласць паміж энергетычнымі ўзроўнямі ў малекуле залежыць ад яе будовы. Пры апрамяненні рэчыва святлом магчымы пераход электронаў паміж рознымі энергетычнымі ўзроўнямі. Розніца энергіі паміж энергетычнымі ўзроўнямі і частата ваганняў паглынутага святла суадносяцца паміж сабой раўнаннем (II пастулат Бора):

Пасля паглынання святла частка атрыманай сістэмай энергіі расходуецца ў выніку рэлаксацыі . Частка ж можа быць выпушчана ў выглядзе фатона пэўнай энергіі [3] .

Суадносіны спектраў паглынання і флуарэсцэнцыі

Спектр флуарэсцэнцыі ссунуты адносна спектру паглынання ў бок доўгіх хваляў. Гэта з'ява атрымала назву « Стоксаў зрух ». Яго прычынай з'яўляюцца безвыпраменьвальныя рэлаксацыйныя працэсы. У выніку частка энергіі паглынутага фатона губляецца, а фатон, які выпускаецца, мае меншую энергію, і, адпаведна, большую даўжыню хвалі [4] [5] .

Схематычны відарыс працэсаў выпраменьвання і паглынання святла. Дыяграма Яблонскага

Схематычна працэсы паглынання святла і флуарэсцэнцыі паказваюць на дыяграме Яблонскага.

Jablonski diagram rus.png

Пры нармальных умовах большасць малекул знаходзяцца ў асноўным электронным стане. . Пры паглынанні святла малекула пераходзіць ва ўзбуджаны стан . Пры ўзбуджэнні на вышэйшыя электронныя і вагальныя ўзроўні лішак энергіі хутка расходуецца, пераводзячы флуарафор на самы ніжні вагальны падузровень стану. . Аднак, існуюць і выключэнні: напрыклад, флуарэсцэнцыя азулена можа адбывацца як з , так і з станы.

Квантавы выхад флуарэсцэнцыі

Квантавае выйсце флуарэсцэнцыі паказвае, з якой эфектыўнасцю праходзіць дадзены працэс. Ён вызначаецца як стаўленне колькасці выпусканых і паглынальных фатонаў. Квантавы выхад флуарэсцэнцыі можа быць разлічаны па формуле.

дзе — колькасць выпускаемых у выніку флуарэсцэнцыі фатонаў, а - Агульная колькасць паглынальных фатонаў. Чым больш квантавы выхад флуарафора , тым больш інтэнсіўна яго флуарэсцэнцыя. Квантавы выхад можна таксама вызначыць з дапамогай спрошчанай дыяграмы Яблонскага [6] , дзе і - Канстанты хуткасці выпраменьвальнай і безвыпраменьвальнай дэзактывацыі ўзбуджанага стану.

Simple two level diagram.JPG

Тады доля флуарафораў, якія вяртаюцца ў асноўны стан з выпусканнем фатона, і, такім чынам, квантавы выхад:

З апошняй формулы вынікае, што калі , гэта значыць калі хуткасць безвыпраменьвальнага пераходу значна менш хуткасці выпраменьвальнага пераходу. Адзначым, што квантавы выхад заўсёды менш адзінкі з-за стоксавых страт.

Флуарэсцэнтныя злучэнні

Флюарэсцэнцыя ва ўльтрафіялетавым святле 0,0001% водных раствораў: блакітным - хініну, зялёным - флуарэсцэніна, аранжавым - радаміну-B, жоўтым - радаміну-6G

Да флуарэсцэнцыі здольныя многія арганічныя рэчывы, як правіла якія змяшчаюць сістэму спалучаных π-сувязяў. Найбольш вядомымі з'яўляюцца хінін , метылавы зялёны, метылавы сіні, феноловый чырвоны, крышталічны фіялетавы, брыльянтавы сіні кризоловый, POPOP, флуоресцеин , эозин , акридиновые фарбавальнікі (акридиновый аранжавы, акридиновый жоўты), родамины (родамин 6G, родамин B), нільскі чырвоны і многія іншыя.

Ужыванне

У вытворчасці фарбаў і афарбоўцы тэкстылю

Флуарэсцэнтныя пігменты дадаюцца ў фарбы , фламастары , а таксама пры афарбоўцы тэкстыльных вырабаў, прадметаў ужытку, упрыгожванняў і т. п. для атрымання асоба яркіх («крычаць», «кіслотных») колераў з падвышаным спектральным альбеда ў патрэбным дыяпазоне даўжынь хваль, часам перавышае 100%. Дадзены эфект дасягаецца за кошт таго, што флуарэсцэнтныя пігменты пераўтвораць які змяшчаецца ў натуральным святле і ў святле шматлікіх штучных крыніц ультрафіялет (а таксама для жоўтых і чырвоных пігментаў, караткахвалевую частку бачнага спектру) у выпраменьванне патрэбнага дыяпазону, робячы колер больш інтэнсіўным. Адмысловай разнавіднасцю флуарэсцэнтных тэкстыльных пігментаў з'яўляецца аптычная сінька , якая пераўтварае ўльтрафіялет у выпраменьванне сіняга колеру, кампенсавалае натуральнае жаўтлявае адценне тканіны , чым дасягаецца эфект беласнежнага колеру адзежы і пасцельнай бялізны . Аптычная сінька ўжываецца як пры фабрычнай афарбоўцы тканін, так і для асвяжэння колеру пры мыцці , у пральных парашках . Аналагічныя пігменты прымяняюцца і ў вытворчасці многіх гатункаў паперы, у тым ліку паперу для паўсядзённага офіснага выкарыстання. У ёй змест пігмента з сінькай, як правіла, найбольшая.

Флуарэсцэнтныя фарбы, у спалучэнні з « чорным святлом », часта выкарыстоўваюцца ў дызайне дыскатэк і начных клубаў . Практыкуецца таксама прымяненне флуарэсцэнтных пігментаў у фарбах для татуіроўкі .

У тэхніцы

У тэхнічныя вадкасці, напрыклад - антыфрызы , часта дадаюць флюарэсцэнтныя дабаўкі, якія палягчаюць пошук цечы з агрэгата. Ва ўльтрафіялетавым святле падцёкі такой вадкасці становяцца вельмі добра прыкметныя. [ крыніца не паказаны 86 дзён ] .

У біялогіі і медыцыне

Флюарэсцэнцыя (знізу) пад ультрафіялетавым асвятленнем спіртавога раствора хларафіла

У біяхіміі і малекулярнай біялогіі знайшлі прымяненне флуарэсцэнтныя зонды і фарбавальнікі, якія выкарыстоўваюцца для візуалізацыі асобных кампанентаў біялагічных сістэм. Напрыклад, эазінафілы (клеткі крыві ) называюцца так таму, што маюць роднасць да эазіна , дзякуючы чаму лёгка паддаюцца падліку пры аналізе крыві .

Лазеры

Флуарафоры з высокімі квантавымі выхадамі і добрай фотаўстойлівасцю могуць прымяняцца ў якасці кампанентаў актыўных асяроддзяў лазераў на фарбавальніках.

У крыміналістыцы

Асобныя флуарэсціруючыя рэчывы выкарыстоўваюцца ў аператыўна-вышуковай дзейнасці (для нанясення паметак на грошы, іншыя прадметы ў ходзе дакументавання фактаў дачы хабару і вымагальніцтва. Таксама могуць выкарыстоўвацца ў хімлавушках)

У гідралогіі і экалогіі

Флуарэсцэнін быў ужыты ў 1877 для доказу таго, што рэкі Дунай і Рэйн злучаны падземнымі каналамі. [7] . Фарбавальнік занеслі ў воды Дуная і праз некалькі гадзін характэрную зялёную флуарэсцэнцыю выявілі ў невялікай рэчцы, якая ўпадае ў Рэйн. Сёння флуарэсцэнін выкарыстоўваюць таксама як спецыфічны маркер, які палягчае пошук пацярпелых крушэнне лётчыкаў у акіяне. Для гэтага проста разбіваецца ампула з фарбавальнікам, які, раствараючыся ў вадзе, утворыць добра прыкметную зялёную пляму вялікага памеру. Таксама флуарафоры могуць выкарыстоўвацца для аналізу забруджвання навакольнага асяроддзя (выяўленне ўцечкі нафты (алейных плёнак) у морах і акіянах).

Глядзіце таксама

Нататкі

  1. http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf . Лекцыя № 2. Асновы люмінесцэнцыі (працяг). .
  2. Асноўныя паняцці і значэнні ў флуарэсцэнтнай мікраскапіі . stormoff.ru. Дата абарачэння: 7 студзеня 2020.
  3. Molecular Expressions Microscopy Primer: Specialized Microscopy Techniques - Fluorescence - Basic Concepts in Fluorescence . micro.magnet.fsu.edu. Дата абарачэння: 7 студзеня 2020.
  4. Стоксаў зрух у растворах і газах. Незалежнасць спектру выпускання ад даўжыні хвалі паглынання. Правіла люстраной сіметрыі і выключэнні з яго.
  5. Molecular Expressions: Science, Optics, and You: Light and Color - Sources of Visible Light . micro.magnet.fsu.edu. Дата абарачэння: 7 студзеня 2020.
  6. Joseph R. Lakowicz. Principles of Fluorescence Spectroscopy / RJ Lakowicz. -NY: Springer Science, 2006. - 960 p.
  7. Berlman IB. 1971. Handbook of fluorescence spectra of aromatic molecules, 2nd ed. Academic Press, New York.

Літаратура

Спасылкі