Fluorescence

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 $S_{1}\rightarrow S_{0}$ ${\ styl zobrazení S_ {1} \ šipka vpravo S_ {0}}$ ${\ styl zobrazení S_ {1} \ šipka vpravo S_ {0}}$ nebo triplet $T_{1}\rightarrow T_{0}$ ${\ styl zobrazení T_ {1} \ šipka vpravo T_ {0}}$ ${\ styl zobrazení T_ {1} \ šipka vpravo T_ {0}}$ ... 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

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):

E_{2}-E_{1}=h\nu .

{\ styl zobrazení E_ {2} -E_ {1} = h \ nu.}

{\ styl zobrazení E_ {2} -E_ {1} = h \ nu.}

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.

Za normálních podmínek je většina molekul v základním elektronickém stavu. $S_{0}$ ${\ styl zobrazení S_ {0}}$ $S_ {0}$ ... Po absorpci světla molekula přechází do excitovaného stavu $S_{1}$ ${\ styl zobrazení S_ {1}}$ $S_ {1}$ ... Při excitaci na vyšší elektronické a vibrační úrovně se přebytečná energie rychle spotřebovává a přenáší fluorofor na nejnižší vibrační podúroveň stavu $S_{1}$ ${\ styl zobrazení S_ {1}}$ $S_ {1}$ ... Existují však výjimky: například fluorescence azulenu se může objevit z obou $S_{1}$ ${\ styl zobrazení S_ {1}}$ $S_ {1}$ a od $S_{2}$ ${\ styl zobrazení S_ {2}}$ $S_ {2}$ 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

\Phi ={\frac {N_{em}}{N_{abs}}}

{\ styl zobrazení \ Phi = {\ frac {N_ {em}} {N_ {abs}}}}

\ Phi = {\ frac {N _ {{em}}} {N _ {{abs}}}}

kde ${N_{em}}$ ${\ styl zobrazení {N_ {em}}}$ ${\ styl zobrazení {N_ {em}}}$ Je počet fotonů emitovaných v důsledku fluorescence a ${N_{abs}}$ ${\ styl zobrazení {N_ {abs}}}$ ${\ styl zobrazení {N_ {abs}}}$ - 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 ${\Gamma }$ ${\ styl zobrazení {\ Gamma}}$ ${\ styl zobrazení {\ Gamma}}$ a $k_{nr}$ ${\ styl zobrazení k_ {nr}}$ ${\ styl zobrazení k_ {nr}}$ - rychlostní konstanty radiační a neradiační deaktivace excitovaného stavu.

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

\Phi ={\frac {\Gamma }{\Gamma +k_{nr}}}

{\ styl zobrazení \ Phi = {\ frac {\ Gamma} {\ Gamma + k_ {nr}}}}

\ Phi = \ frac {\ Gamma} {\ Gamma + k_ {nr}}

Z posledního vzorce to vyplývá $\Phi \rightarrow 1$ ${\ styl zobrazení \ Phi \ šipka vpravo 1}$ ${\ styl zobrazení \ Phi \ šipka vpravo 1}$ -li ${\frac {k_{nr}}{\Gamma }}\rightarrow 0$ ${\ styl zobrazení {\ frac {k_ {nr}} {\ Gamma}} \ rightarrow 0}$ $\ frac {k_ {nr}} {\ Gamma} \ šipka vpravo 0$ , 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)

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

Literatura

Labas Yu. A., Gordeeva AV, Fradkov AF Fluorescenční a barevné proteiny // Priroda, 2003, č. 3.
Vekshin N.L. Fluorescenční spektroskopie biopolymerů. Pushchino, Photon-století, 2009.
Fluorescence // Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - SPb. , 1890-1907.
Fluorescence – článek z Velké sovětské encyklopedie .
Lozovskaya E. Why They Shine // Science and Life , 2004, č. 8.
Záře minerálů // Věda a život , 1998, č. 5

Odkazy

Mediální soubory na Wikimedia Commons

Fluorescenční korály pomáhají v boji proti chřipce

[1] http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf . Přednáška číslo 2. Základy luminiscence (pokračování). (neuvedeno) .

[2] Základní pojmy a významy ve fluorescenční mikroskopii (neurčeno) . stormoff.ru. Termín ošetření: 7. ledna 2020.

[3] Molecular Expressions Microscopy Primer: Specialized Microscopy Techniques - Fluorescence - Basic Concepts in Fluorescence (Nespecifikováno) . 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 (neurčeno) . 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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština Skvělý norský Britannica (online)
Regulační kontrola	BNF : 119786466 GND : 4154818-8 LCCN : sh85049407 Microsoft : 91881484 NDL : 00565352

Lesk, barva a zářivost minerálů a hornin
Lesk	Minerální lesk Zakalit Irisace Brilantní střih
Lesk	Opalescence Dobrodružství Avanturínové sklo Fluorescence Světélkování Fosforescence Termoluminiscence
Čistota	Minerální průhlednost Lom světla Rozptyl světla Polarizace
Barva	Minerální barva Přírodní minerální pigmenty Drahokamy Pleochroismus
Kategorie