Fluorescencija

Ovaj članak se u velikoj mjeri ili u potpunosti oslanja na neovlaštene izvore , što može izazvati sumnju u neutralnost i provjerljivost datih informacija. Takvi izvori također ne pokazuju značaj predmeta članka. Članak se može poboljšati korištenjem mjerodavnih izvora u ovoj temi .

Fluorescencija uranijumskog stakla u ultraljubičastom svjetlu

Tonik kada je zračen vidljivim (lijevo) i ultraljubičastim (desno) svjetlom. Plava fluorescencija je posljedica prisustva derivata kinina u napitku.

Fluorescencija , ili fluorescencija, je fizički proces, neka vrsta luminescencije . Fluorescencija se obično naziva radijacioni prijelaz pobuđenog stanja iz najnižeg singletnog vibracionog nivoa S ₁ u osnovno stanje S ₀ ^{[ izvor neodređen 1196 dana ]} . U opštem slučaju, fluorescencija je spin - dozvoljena radijativna tranzicija između dva stanja iste multiplicitnosti : između singlet nivoa ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">S</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\to </span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">S</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">0</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {1} \ strelica desno S_ {0}} ili trojka ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\to </span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">T</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">0</span></span>}}}${\ displaystyle T_ {1} \ strelica desno T_ {0}} ... Tipični životni vijek takvog pobuđenog stanja je 10 ⁻¹¹ −10 ⁻⁶ s ^[1] .

Fluorescenciju treba razlikovati od fosforescencije - spin-zabranjenog radijacionog prijelaza između dva stanja različite multipličnosti. Na primjer, radijacioni prijelaz pobuđenog tripletnog stanja T ₁ u osnovno stanje S ₀ . Singlet-triplet prijelazi su kvantno-mehanički zabranjeni, stoga je životni vijek pobuđenog stanja tokom fosforescencije reda veličine 10 ⁻³ −10 ⁻² s ^[2] .

Poreklo termina

Termin "fluorescencija" dolazi od naziva minerala fluorita , u kojem je prvi put otkriven, i lat. -escent je slab radni sufiks.

Studij istorije

Po prvi put, fluorescenciju kininskih jedinjenja uočio je fizičar George Stokes 1852. godine.

Teorijska osnova

Prema konceptima kvantne hemije , elektroni u atomima se nalaze na energetskim nivoima . Udaljenost između nivoa energije u molekuli ovisi o njegovoj strukturi. Kada se supstanca ozrači svjetlošću, moguć je prijelaz elektrona između različitih energetskih nivoa. Energetska razlika između nivoa energije i frekvencije vibracije apsorbirane svjetlosti međusobno su povezane jednadžbom (II Borov postulat):

${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">E</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">2</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">-</span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">E</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">h</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\nu </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">...</span></span>}${\ displaystyle E_ {2} -E_ {1} = h \ nu.}

Nakon apsorpcije svjetlosti, dio energije koju primi sistem troši se kao rezultat relaksacije . Dio se može emitovati u obliku fotona određene energije ^[3] .

Odnos spektra apsorpcije i fluorescencije

Spektar fluorescencije je pomjeren u odnosu na spektar apsorpcije prema dužim talasnim dužinama. Ovaj fenomen je dobio naziv " Stokesov pomak ". To je uzrokovano procesima neradijativne relaksacije. Kao rezultat toga, dio energije apsorbiranog fotona se gubi, a emitirani foton ima nižu energiju, a samim tim i veću valnu dužinu ^{[4] [5]} .

Šematski prikaz procesa emisije i apsorpcije svjetlosti. Yablonski dijagram

Procesi apsorpcije svjetlosti i fluorescencije su shematski prikazani na dijagramu Yablonsky.

U normalnim uslovima, većina molekula je u osnovnom elektronskom stanju. ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">S</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">0</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {0}} ... Nakon apsorpcije svjetlosti, molekul prelazi u pobuđeno stanje ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">S</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {1}} ... Kada je uzbuđen na višim elektronskim i vibracionim nivoima, višak energije se brzo troši, prenoseći fluorofor na najniži vibracioni podnivo stanja ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">S</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {1}} ... Međutim, postoje izuzeci: na primjer, fluorescencija azulena može nastati iz oba ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">S</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {1}} i od ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">S</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">2</span></span>}}}${\ displaystyle S_ {2}} države.

Kvantni prinos fluorescencije

Kvantni prinos fluorescencije pokazuje koliko se ovaj proces efikasno odvija. Definira se kao omjer broja emitovanih i apsorbiranih fotona. Kvantni prinos fluorescencije može se izračunati pomoću formule

${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Phi </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\frac{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">N</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">e</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">m</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">N</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">a</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">b</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">s</span></span>}}}}${\ displaystyle \ Phi = {\ frac {N_ {em}} {N_ {abs}}}}

gdje ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">N</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">e</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">m</span></span>}}}${\ displaystyle {N_ {em}}} Da li je broj fotona emitovanih kao rezultat fluorescencije, i ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">N</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">a</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">b</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">s</span></span>}}}${\ displaystyle {N_ {abs}}} - ukupan broj apsorbovanih fotona. Što je veći kvantni prinos fluorofora , to je njegova fluorescencija intenzivnija. Kvantni prinos se također može odrediti pomoću pojednostavljenog Yablonskog dijagrama ^[6] , gdje je ${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Gamma </span></span>}}${\ displaystyle {\ gama}} i ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">k</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">n</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">r</span></span>}}}${\ displaystyle k_ {nr}} - konstante brzine radijativne i neradijativne deaktivacije pobuđenog stanja.

Tada se frakcija fluorofora vraća u osnovno stanje emisijom fotona, a time i kvantni prinos:

${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Phi </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\frac{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Gamma </span></span>}}{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Gamma </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">+</span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">k</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">n</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">r</span></span>}}}}${\ displaystyle \ Phi = {\ frac {\ gama} {\ gama + k_ {nr}}}}

Iz posljednje formule slijedi da ${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Phi </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\to </span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">1</span></span>}}${\ displaystyle \ Phi \ strelica desno 1} ako ${\displaystyle \frac{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">k</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">n</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">r</span></span>}}}{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\Gamma </span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\to </span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">0</span></span>}}${\ displaystyle {\ frac {k_ {nr}} {\ Gamma}} \ strelica desno 0} , odnosno, ako je brzina neradijativne tranzicije mnogo manja od brzine radijativne tranzicije. Imajte na umu da je kvantni prinos uvijek manji od jedinice zbog Stokesovih gubitaka.

Fluorescentna jedinjenja

Fluorescencija u ultraljubičastom svjetlu 0,0001% vodenih rastvora: plava - kinin, zelena - fluorescein, narandžasta - rodamin-B, žuta - rodamin-6G

Mnoge organske supstance su sposobne za fluorescenciju, obično sadrže sistem konjugovanih π-veza. Najpoznatiji su kinin , metil zelene, metil plava, fenol crvena, kristalno ljubičice, sjajan plavi Crisol, POPOP, fluorescein , eozin , akridin boje (akridin narančasta, akridin žuta), rhodamines (Rodamina 6G, rodamin B), Nile crvena i mnogi drugi.

Aplikacija

U proizvodnji boja i bojanju tekstila

U ovom odeljku nedostaju veze do izvora informacija . Informacije moraju biti provjerljive , inače se mogu dovesti u pitanje i ukloniti. Možete urediti ovaj članak dodavanjem linkova na autoritativne izvore . Ova oznaka je postavljena 13. juna 2021. godine .

Fluorescentni pigmenti se dodaju bojama , flomasterima , a takođe i kod bojenja tekstila , predmeta za domaćinstvo, nakita i sl. za dobijanje posebno svetlih („blistavih“, „kiselih“) boja sa povećanim spektralnim albedom u traženom opsegu talasnih dužina, ponekad prelazi 100 %. Ovaj efekat se postiže činjenicom da fluorescentni pigmenti pretvaraju ultraljubičastu svjetlost sadržanu u prirodnom svjetlu i svjetlu mnogih umjetnih izvora (kao i za žute i crvene pigmente, kratkovalni dio vidljivog spektra) u zračenje željeni raspon, čineći boju intenzivnijom. Posebna vrsta fluorescentnih tekstilnih pigmenata je optička plava , koja ultraljubičasto svjetlo pretvara u plavo, čime se nadoknađuje prirodna žućkasta nijansa tkanine , čime se postiže efekat snježno bijele boje odjeće i posteljine . Optička plava se koristi kako za fabričko bojenje tkanina tako i za osvježavanje boje tokom pranja , u prašcima za pranje rublja . Slični pigmenti se koriste u mnogim vrstama papira, uključujući papir za svakodnevnu kancelarijsku upotrebu. Ima najveći sadržaj pigmenta sa plavom, po pravilu.

Fluorescentne boje, u kombinaciji sa crnim svjetlom , često se koriste u dizajnu diskoteka i noćnih klubova . Takođe se praktikuje upotreba fluorescentnih pigmenata u mastilima za tetoviranje .

U tehnologiji

Fluorescentni aditivi se često dodaju tehničkim tekućinama, na primjer, antifrizima , kako bi se lakše pronašlo curenje iz jedinice. U ultraljubičastom svjetlu mrlje takve tekućine postaju vrlo jasno vidljive. ^{[ izvor nije naveden 86 dana ]} .

U biologiji i medicini

Fluorescencija (donji dio) pod ultraljubičastim osvjetljenjem alkoholnog rastvora hlorofila

U biohemiji i molekularnoj biologiji primjenu su našle fluorescentne sonde i boje koje se koriste za vizualizaciju pojedinih komponenti bioloških sistema. Na primjer, eozinofili ( krvne ćelije) su tako nazvani jer imaju afinitet prema eozinu , što ih čini lakim za prebrojavanje u testu krvi .

Laseri

Fluorofori sa visokim kvantnim prinosima i dobrom fotostabilnošću mogu se koristiti kao komponente u aktivnim medijima lasera na boji.

U forenzici

Određene fluorescentne supstance se koriste u operativno-istraživačkim radnjama (za obeležavanje novca, drugih predmeta u toku dokumentovanja činjenica davanja mita i iznude. Mogu se koristiti i u hemijskim zamkama)

U hidrologiji i ekologiji

Fluorescein je korišćen 1877. da se dokaže da su reke Dunav i Rajna povezane podzemnim kanalima. ^[7] . Boja je uneta u vode Dunava i nekoliko sati kasnije karakteristična zelena fluorescencija je pronađena u maloj reci koja se uliva u Rajnu. Danas se fluorescein koristi i kao specifičan marker koji olakšava pronalaženje olupinih pilota u okeanu. Za to se jednostavno razbije ampula s bojom, koja, otapanjem u vodi, formira jasno vidljivu zelenu mrlju velike veličine. Takođe, fluorofori se mogu koristiti za analizu zagađenja životne sredine (otkrivanje curenja nafte (naftnih filmova) u morima i okeanima).

vidi takođe

• Luminescencija
• Fosforescencija
• Sonoluminiscencija
• Bioluminiscencija
• Elektrofosforescencija
• Hemiluminiscencija
• Fluorometrija

Bilješke (uredi)

Književnost

• Labas Yu. A., Gordeeva AV, Fradkov AF Fluorescentni i obojeni proteini // Priroda, 2003, br.
• Vekshin N.L. Fluorescentna spektroskopija biopolimera. Pushchino, Photon-century, 2009.
• Fluorescencija // Enciklopedijski rječnik Brockhausa i Efrona : u 86 svezaka (82 sveska i 4 dodatna). - SPb. , 1890-1907.
• Fluorescencija - članak iz Velike sovjetske enciklopedije .
• Lozovskaya E. Zašto sijaju // Nauka i život , 2004, br.
• Sjaj minerala // Nauka i život , 1998, br

Linkovi

• Fluorescentni koralji pomažu u borbi protiv gripe

U drugom dijelu, jezik ima cijeli članak Fluorescence (eng.). Možete pomoći projektu tako što ćete proširiti trenutni članak prijevodom. Istovremeno, kako biste se pridržavali pravila atribucije , trebate instalirati šablon {{ prevedeni članak }} na stranicu za diskusiju, ili u komentaru na uređivanje navesti link do izvornog članka.