Fluorescencija

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
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 ili trojka ... 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

Stokes shift rus.png

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):

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.

Jablonski dijagram rus.png

U normalnim uslovima, većina molekula je u osnovnom elektronskom stanju. ... Nakon apsorpcije svjetlosti, molekul prelazi u pobuđeno stanje ... Kada je uzbuđen na višim elektronskim i vibracionim nivoima, višak energije se brzo troši, prenoseći fluorofor na najniži vibracioni podnivo stanja ... Međutim, postoje izuzeci: na primjer, fluorescencija azulena može nastati iz oba i od 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

gdje Da li je broj fotona emitovanih kao rezultat fluorescencije, i - 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 i - konstante brzine radijativne i neradijativne deaktivacije pobuđenog stanja.

Jednostavan dijagram na dva nivoa.JPG

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

Iz posljednje formule slijedi da ako , 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

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

Bilješke (uredi)

  1. http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf . Predavanje broj 2. Osnove luminescencije (nastavak). .
  2. Osnovni pojmovi i značenja u fluorescentnoj mikroskopiji . stormoff.ru. Datum tretmana: 07.01.2020.
  3. Primer mikroskopije molekularnih ekspresija: Specijalizovane tehnike mikroskopije - Fluorescencija - Osnovni koncepti fluorescencije . micro.magnet.fsu.edu. Datum tretmana: 07.01.2020.
  4. Stokesov pomak u otopinama i plinovima. Nezavisnost spektra emisije od talasne dužine apsorpcije. Pravilo zrcalne simetrije i isključenja iz njega.
  5. Molekularni izrazi: Nauka, Optika i Vi: Svjetlo i boja - Izvori vidljive svjetlosti . micro.magnet.fsu.edu. Datum tretmana: 07.01.2020.
  6. Joseph R. Lakowicz. Principi fluorescentne spektroskopije / RJ Lakowicz. -NY: Springer Science, 2006.-- 960 str.
  7. Berlman IB. 1971. Priručnik za spektre fluorescencije aromatičnih molekula, 2. izd. Academic Press, New York.

Književnost

Linkovi