Fluorescence

z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Přejít na navigaci Přejít na hledání
Fluorescence uranového skla v ultrafialovém světle
Tonikum při ozáření viditelným (vlevo) a ultrafialovým (vpravo) světlem. Modrá fluorescence je způsobena přítomností chininových derivátů v nápoji.

Fluorescence nebo fluorescence je fyzikální proces, druh luminiscence . Fluorescence se obvykle nazývá radiační přechod excitovaného stavu z nejnižší singletové vibrační hladiny S 1 do základního stavu S 0 [ neuveden zdroj 1196 dní ] . V obecném případě je fluorescence spinem povolený radiační přechod mezi dvěma stavy stejné multiplicity : mezi úrovněmi singletu nebo triplet ... Typická životnost takto vybuzeného stavu je 10 −11 −10 −6 s [1] .

Fluorescence by měla být odlišena od fosforescence - spinově zakázaný radiační přechod mezi dvěma stavy různé multiplicity. Například radiační přechod excitovaného tripletového stavu T 1 do základního stavu S 0 . Singlet-tripletové přechody jsou kvantově-mechanicky zakázány, proto je životnost excitovaného stavu během fosforescence řádově 10 −3 −10 −2 s [2] .

Původ termínu

Termín "fluorescence" pochází z názvu minerálu fluoritu , ve kterém byl poprvé objeven, a lat. -escent je slabá akční přípona.

Studujte historii

Poprvé byla fluorescence chininových sloučenin pozorována fyzikem Georgem Stokesem v roce 1852.

Teoretický základ

Stokes shift rus.png

Podle konceptů kvantové chemie se elektrony v atomech nacházejí na energetických úrovních . Vzdálenost mezi energetickými hladinami v molekule závisí na její struktuře. Když je látka ozářena světlem, je možný přechod elektronů mezi různými energetickými hladinami. Energetický rozdíl mezi energetickými hladinami a vibrační frekvencí absorbovaného světla spolu souvisí rovnicí (II Bohrův postulát):

Po absorpci světla je část energie přijaté systémem spotřebována jako výsledek relaxace . Část může být emitována ve formě fotonu o určité energii [3] .

Poměr absorpčního a fluorescenčního spektra

Fluorescenční spektrum je posunuto vzhledem k absorpčnímu spektru směrem k delším vlnovým délkám. Tento fenomén dostal název „ Stokesův posun “. Je způsobena neradiačními relaxačními procesy. V důsledku toho se část energie absorbovaného fotonu ztrácí a emitovaný foton má nižší energii, a tedy i delší vlnovou délku [4] [5] .

Schematické znázornění procesů emise a absorpce světla. Yablonsky diagram

Procesy absorpce světla a fluorescence jsou schematicky znázorněny na Yablonskyho diagramu.

Jablonského diagram rus.png

Za normálních podmínek je většina molekul v základním elektronickém stavu. ... Po absorpci světla molekula přechází do excitovaného stavu ... Při excitaci na vyšší elektronické a vibrační úrovně se přebytečná energie rychle spotřebovává a přenáší fluorofor na nejnižší vibrační podúroveň stavu ... Existují však výjimky: například fluorescence azulenu se může objevit z obou a od státy.

Fluorescenční kvantový výtěžek

Fluorescenční kvantový výtěžek ukazuje, jak efektivně tento proces probíhá. Je definován jako poměr počtu emitovaných a absorbovaných fotonů. Fluorescenční kvantový výtěžek lze vypočítat pomocí vzorce

kde Je počet fotonů emitovaných v důsledku fluorescence a - celkový počet absorbovaných fotonů. Čím vyšší je kvantový výtěžek fluoroforu , tím intenzivnější je jeho fluorescence. Kvantový výtěžek lze také určit pomocí zjednodušeného Yablonskyho diagramu [6] , kde a - rychlostní konstanty radiační a neradiační deaktivace excitovaného stavu.

Jednoduchý dvouúrovňový diagram.JPG

Pak se zlomek fluoroforů vrací do základního stavu s emisí fotonu, a tedy kvantový výtěžek:

Z posledního vzorce to vyplývá -li , to znamená, pokud je rychlost nezářivého přechodu mnohem menší než rychlost radiačního přechodu. Všimněte si, že kvantový výnos je vždy menší než jedna kvůli Stokesovým ztrátám.

Fluorescenční sloučeniny

Fluorescence v ultrafialovém světle 0,0001% vodné roztoky: modrá - chinin, zelená - fluorescein, oranžová - rhodamin-B, žlutá - rhodamin-6G

Mnoho organických látek je schopno fluorescence, obvykle obsahují systém konjugovaných π-vazeb. Nejznámější jsou chinin , methylová zeleň, methylová modř, fenolová červeň, krystalová violeť, brilantní modř crisol, POPOP, fluorescein , eosin , akridinová barviva (akridinová oranž, akridinová žluť), rhodaminy (rhodamin 6G, rhodamin B), nilská červeň a mnoho dalších.

aplikace

Při výrobě barev a barvení textilu

Fluorescenční pigmenty se přidávají do barev , fixů a také při barvení textilií , domácích potřeb, šperků atd. pro získání zvláště jasných („křiklavých“, „kyselých“) barev se zvýšeným spektrálním albedem v požadovaném rozsahu vlnových délek, někdy přesahující 100 %. Tohoto efektu je dosaženo tím, že fluorescenční pigmenty přeměňují ultrafialové světlo obsažené v přirozeném světle a ve světle mnoha umělých zdrojů (stejně jako u žlutých a červených pigmentů krátkovlnnou část viditelného spektra) na záření požadovaný rozsah, čímž je barva intenzivnější. Speciálním typem fluorescenčních textilních pigmentů je optická modř , která přeměňuje ultrafialové světlo na modré světlo, které kompenzuje přirozený nažloutlý odstín látky , čímž je dosaženo efektu sněhově bílé barvy oblečení a ložního prádla . Optická modř se používá jak pro tovární barvení látek , tak pro osvěžení barvy při praní v pracích prášcích . Podobné pigmenty se používají v mnoha typech papíru, včetně papíru pro každodenní kancelářské použití. Má zpravidla nejvyšší obsah pigmentu s modrou barvou.

Fluorescenční barvy v kombinaci s černým světlem se často používají v designu diskoték a nočních klubů . Praktikuje se také použití fluorescenčních pigmentů v tetovacích barvách .

V technologii

Fluorescenční přísady se často přidávají do technických kapalin, například nemrznoucích směsí , aby bylo snazší najít úniky z jednotky. V ultrafialovém světle jsou šmouhy takové kapaliny velmi jasně viditelné. [ zdroj neuveden 86 dní ] .

V biologii a medicíně

Fluorescence (dole) pod ultrafialovým osvětlením alkoholového roztoku chlorofylu

V biochemii a molekulární biologii našly uplatnění fluorescenční sondy a barviva, které se používají k vizualizaci jednotlivých složek biologických systémů. Například eozinofily ( krvinky ) jsou tak pojmenovány, protože mají afinitu k eosinu , takže je lze snadno spočítat v krevním testu .

Lasery

Fluorofory s vysokými kvantovými výtěžky a dobrou fotostabilitou mohou být použity jako složky v aktivních médiích barvivových laserů.

Ve forenzní

Některé fluorescenční látky se používají v operativně-pátrání (k označení peněz, jiných předmětů při dokládání skutečností úplatkářství a vydírání. Lze je použít i do chemických pastí)

V hydrologii a ekologii

Fluorescein byl použit v roce 1877 k prokázání, že řeky Dunaj a Rýn jsou spojeny podzemními kanály. [7] . Barvivo bylo zavedeno do vod Dunaje a o několik hodin později byla nalezena charakteristická zelená fluorescence v malé říčce tekoucí do Rýna. Dnes se fluorescein používá také jako specifický marker, který usnadňuje nalezení ztroskotaných pilotů v oceánu. Za tímto účelem se jednoduše rozbije ampule s barvivem, která se po rozpuštění ve vodě vytvoří jasně viditelnou zelenou skvrnu velké velikosti. Fluorofory lze také použít k analýze znečištění životního prostředí (detekce úniků ropy (olejových filmů) v mořích a oceánech).

viz také

Poznámky (upravit)

  1. http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf . Přednáška číslo 2. Základy luminiscence (pokračování). .
  2. Základní pojmy a významy ve fluorescenční mikroskopii . stormoff.ru. Termín ošetření: 7. ledna 2020.
  3. Molecular Expressions Microscopy Primer: Specialized Microscopy Techniques - Fluorescence - Basic Concepts in Fluorescence . micro.magnet.fsu.edu. Termín ošetření: 7. ledna 2020.
  4. Stokesův posun v roztocích a plynech. Nezávislost emisního spektra na vlnové délce absorpce. Pravidlo zrcadlové symetrie a vyloučení z ní.
  5. Molekulární výrazy: Věda, optika a vy: Světlo a barvy – zdroje viditelného světla . micro.magnet.fsu.edu. Termín ošetření: 7. ledna 2020.
  6. Joseph R. Lakowicz. Principy fluorescenční spektroskopie / RJ Lakowicz. -NY: Springer Science, 2006 .-- 960 s.
  7. Berlman IB. 1971. Příručka fluorescenčních spekter aromatických molekul, 2. vyd. Academic Press, New York.

Literatura

Odkazy