Fluorescenca

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Pojdi na navigacijo Pojdi na iskanje
Fluorescenca uranovega stekla v ultravijolični svetlobi
Tonik ob obsevanju z vidno (levo) in ultravijolično (desno) svetlobo. Modra fluorescenca je posledica prisotnosti derivatov kinina v pijači.

Fluorescenca ali fluorescenca je fizični proces, neke vrste luminiscenca . Fluorescenca se običajno imenuje sevalni prehod vzbujenega stanja iz najnižje singletne vibracijske ravni S 1 v osnovno stanje S 0 [ vir ni določen 1196 dni ] . V splošnem primeru je fluorescenca spinsko dovoljen sevalni prehod med dvema stanjema enake množice : med singletnimi nivoji ali trojček ... Tipična življenjska doba takega vzbujenega stanja je 10 −11 −10 −6 s [1] .

Fluorescenco je treba razlikovati od fosforescence - spin-prepovedanega sevalnega prehoda med dvema stanjema različne množice. Na primer, sevalni prehod vzbujenega tripletnega stanja T 1 v osnovno stanje S 0 . Singlet-trojni prehodi so kvantno-mehanski prepovedani, zato je življenjska doba vzbujenega stanja med fosforescenco reda 10 −3 −10 −2 s [2] .

Izvor izraza

Izraz "fluorescenca" izhaja iz imena minerala fluorita , v katerem je bil prvič odkrit, in lat. -escent je šibka akcijska pripona.

Študij zgodovine

Prvič je fluorescenco kininskih spojin opazil fizik George Stokes leta 1852.

Teoretična osnova

Stokes shift rus.png

Po konceptih kvantne kemije se elektroni v atomih nahajajo na energijskih ravneh . Razdalja med nivoji energije v molekuli je odvisna od njene strukture. Ko snov obsevamo s svetlobo, je možen prehod elektronov med različnimi nivoji energije. Energijska razlika med nivoji energije in frekvenco vibracij absorbirane svetlobe sta med seboj povezana z enačbo (II Bohrov postulat):

Po absorpciji svetlobe se del energije, ki jo prejme sistem, porabi kot posledica sprostitve . Del se lahko oddaja v obliki fotona določene energije [3] .

Razmerje absorpcijskih in fluorescenčnih spektrov

Fluorescenčni spekter je premaknjen glede na absorpcijski spekter proti daljšim valovnim dolžinam. Ta pojav je dobil ime " Stokesov premik ". Povzročajo ga nesevalni relaksacijski procesi. Posledično se del energije absorbiranega fotona izgubi, oddani foton pa ima nižjo energijo in s tem daljšo valovno dolžino [4] [5] .

Shematski prikaz procesov oddajanja in absorpcije svetlobe. Diagram Yablonskega

Procesa absorpcije in fluorescence svetlobe sta shematično prikazana na diagramu Yablonsky.

Jablonski diagram rus.png

V normalnih pogojih je večina molekul v osnovnem elektronskem stanju. ... Po absorpciji svetlobe molekula preide v vzbujeno stanje ... Ko se vzbudi na višje elektronske in vibracijske ravni, se odvečna energija hitro porabi in prenese fluorofor na najnižjo vibracijsko podravnjo stanja. ... Vendar pa obstajajo izjeme: na primer, fluorescenca azulena se lahko pojavi iz obeh in od države.

Kvantni donos fluorescence

Kvantni donos fluorescence kaže, kako učinkovito poteka ta proces. Opredeljen je kot razmerje med številom oddanih in absorbiranih fotonov. Kvantni donos fluorescence se lahko izračuna s formulo

kje Je število fotonov, ki se oddajajo kot posledica fluorescence, in - skupno število absorbiranih fotonov. Višji kot je kvantni izkoristek fluorofora , intenzivnejša je njegova fluorescenca. Kvantni donos je mogoče določiti tudi z uporabo poenostavljenega diagrama Yablonskega [6] , kjer je in - hitrostne konstante sevalne in nesevalne deaktivacije vzbujenega stanja.

Preprost dvostopenjski diagram.JPG

Nato se delež fluoroforov vrne v osnovno stanje z emisijo fotona in s tem kvantni donos:

Iz zadnje formule izhaja, da če , to je, če je hitrost nesevalnega prehoda veliko manjša od hitrosti sevalnega prehoda. Upoštevajte, da je kvantni donos vedno manjši od enote zaradi Stokesovih izgub.

Fluorescenčne spojine

Fluorescenca v ultravijolični svetlobi 0,0001% vodne raztopine: modra - kinin, zelena - fluorescein, oranžna - rodamin-B, rumena - rodamin-6G

Mnoge organske snovi so sposobne fluorescence, običajno vsebujejo sistem konjugiranih π-vezi. Najbolj znane so kinin , metil zelena, metil modra, fenol rdeča, kristalno vijolična, briljantno modra krisol, POPOP, fluorescein , eozin , akridinska barvila (akridin oranžna, akridin rumena), rodamini (rodamin 6G, nilerodamin in B). veliko drugih.

Aplikacija

Pri proizvodnji barv in barvanja tekstila

Fluorescentne pigmente dodajamo barvam , flomasterom , pa tudi pri barvanju tekstila , gospodinjskih predmetov, nakita ipd., da dobimo posebej svetle ("bleščeče", "kisle") barve s povečanim spektralnim albedom v zahtevanem območju valovnih dolžin, včasih presega 100 %. Ta učinek je dosežen zaradi dejstva, da fluorescenčni pigmenti pretvarjajo ultravijolično svetlobo v naravni svetlobi in v svetlobi številnih umetnih virov (pa tudi za rumene in rdeče pigmente, kratkovalovni del vidnega spektra) v sevanje svetlobe. želeni razpon, zaradi česar je barva bolj intenzivna. Posebna vrsta fluorescentnih tekstilnih pigmentov je optično modra , ki pretvarja ultravijolično svetlobo v modro svetlobo, ki kompenzira naravni rumenkasti odtenek tkanine in s tem doseže učinek snežno bele barve oblačil in posteljnine . Optično modra se uporablja tako za tovarniško barvanje tkanin kot za osvežitev barve med pranjem , v pralnih praških . Podobni pigmenti se uporabljajo v številnih vrstah papirja, vključno s papirjem za vsakodnevno pisarniško uporabo. Praviloma ima največjo vsebnost pigmenta z modro.

Fluorescentne barve v kombinaciji s črno svetlobo se pogosto uporabljajo pri oblikovanju diskotek in nočnih klubov . Prav tako se izvaja uporaba fluorescenčnih pigmentov v tatoo črnilih .

V tehnologiji

Fluorescentni dodatki se pogosto dodajajo tehničnim tekočinam, na primer antifrizom , da bi lažje našli puščanje iz enote. V ultravijolični svetlobi postanejo madeži takšne tekočine zelo jasno vidni. [ vir ni naveden 86 dni ] .

V biologiji in medicini

Fluorescenca (spodaj) pod ultravijolično osvetlitvijo alkoholne raztopine klorofila

V biokemiji in molekularni biologiji so našle uporabo fluorescenčne sonde in barvila, ki se uporabljajo za vizualizacijo posameznih komponent bioloških sistemov. Na primer, eozinofili ( krvne celice) so tako imenovani, ker imajo afiniteto za eozin , zaradi česar jih je enostavno prešteti v krvnem testu .

Laserji

Fluorofori z visokimi kvantnimi izkoristki in dobro fotostabilnostjo se lahko uporabljajo kot komponente v aktivnih medijih laserjev za barvila.

V forenziki

Določene fluorescenčne snovi se uporabljajo v operativno-iskalni dejavnosti (za označevanje denarja, drugih predmetov pri dokumentiranju dejstev podkupovanja in izsiljevanja. Uporabljajo se lahko tudi v kemičnih pasteh)

V hidrologiji in ekologiji

Fluorescein je bil uporabljen leta 1877 za dokaz, da sta reki Donava in Ren povezani s podzemnimi kanali. [7] . Barvilo so vnesli v vode Donave in nekaj ur pozneje so v majhni reki, ki se izliva v Ren, odkrili značilno zeleno fluorescenco. Danes se fluorescein uporablja tudi kot specifičen marker, ki olajša iskanje razbitih pilotov v oceanu. Za to se ampula z barvilom preprosto zlomi, ki ob raztapljanju v vodi tvori jasno vidno zeleno liso velike velikosti. Fluorofore je mogoče uporabiti tudi za analizo onesnaženosti okolja (odkrivanje puščanja nafte (oljnih filmov) v morjih in oceanih).

Poglej tudi

Opombe (uredi)

  1. http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf . Predavanje številka 2. Osnove luminiscence (nadaljevanje). .
  2. Osnovni pojmi in pomeni v fluorescenčni mikroskopiji . stormoff.ru. Datum zdravljenja: 7. januar 2020.
  3. Primer mikroskopije z molekularnimi izrazi: specializirane tehnike mikroskopije - fluorescenca - osnovni koncepti fluorescence . mikro.magnet.fsu.edu. Datum zdravljenja: 7. januar 2020.
  4. Stokesov premik v raztopinah in plinih. Neodvisnost emisijskega spektra od absorpcijske valovne dolžine. Pravilo zrcalne simetrije in izključitev iz njega.
  5. Molekularni izrazi: znanost, optika in vi: svetloba in barve – viri vidne svetlobe . mikro.magnet.fsu.edu. Datum zdravljenja: 7. januar 2020.
  6. Joseph R. Lakowicz. Principi fluorescenčne spektroskopije / RJ Lakowicz. -NY: Springer Science, 2006 .-- 960 str.
  7. Berlman IB. 1971. Priročnik fluorescenčnih spektrov aromatskih molekul, 2. izd. Academic Press, New York.

Literatura

Povezave