Fluorescencija

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Fluorescencija uranovog stakla u ultraljubičastom svjetlu
Tonik kada je zračen vidljivim (lijevo) i ultraljubičastim (desno) svjetlom. Plava fluorescencija je posljedica prisutnosti derivata kinina u napitku.

Fluorescencija ili fluorescencija je fizički proces, neka vrsta luminescencije . Fluorescencija se obično naziva radijacijski prijelaz pobuđenog stanja iz najniže singletne vibracijske razine S 1 u osnovno stanje S 0 [ izvor neodređen 1196 dana ] . U općem slučaju, fluorescencija je spin - dopušteni radijacijski prijelaz između dva stanja iste multiplicitnosti : između singletnih razina 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 multiplicitnosti. Na primjer, radijacijski prijelaz pobuđenog tripletnog stanja T 1 u osnovno stanje S 0 . Singlet-triplet prijelazi su kvantno-mehanički zabranjeni, stoga je životni vijek pobuđenog stanja tijekom fosforescencije reda veličine 10 −3 −10 −2 s [2] .

Podrijetlo pojma

Pojam "fluorescencija" dolazi od naziva minerala fluorita , u kojem je prvi put otkriven, i lat. -escent je slab radnji nastavak.

Proučite povijest

Po prvi put, fluorescenciju kininskih spojeva primijetio je fizičar George Stokes 1852. godine.

Teorijska osnova

Stokes shift rus.png

Prema konceptima kvantne kemije , elektroni u atomima nalaze se na energetskim razinama . Udaljenost između energetskih razina u molekuli ovisi o njezinoj strukturi. Kada se tvar ozrači svjetlošću, moguć je prijelaz elektrona između različitih energetskih razina. Razlika energije između razina energije i frekvencije vibracija apsorbirane svjetlosti međusobno su povezane jednadžbom (II Bohrov postulat):

Nakon apsorpcije svjetlosti, dio energije koju primi sustav troši se kao rezultat opuštanja . Dio se može emitirati u obliku fotona određene energije [3] .

Omjer spektra apsorpcije i fluorescencije

Fluorescencijski spektar je pomaknut u odnosu na apsorpcijski spektar prema dužim valnim duljinama. Ovaj fenomen je dobio naziv " Stokesov pomak ". Uzrokuju ga neradijacijski procesi opuštanja. Zbog toga se gubi dio energije apsorbiranog fotona, a emitirani foton ima nižu energiju, a samim time i veću valnu duljinu [4] [5] .

Shematski prikaz procesa emisije i apsorpcije svjetlosti. Yablonski dijagram

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

Jablonski dijagram rus.png

U normalnim uvjetima, većina molekula je u osnovnom elektroničkom stanju. ... Nakon apsorpcije svjetlosti, molekula prelazi u pobuđeno stanje ... Kada je uzbuđen na višim elektroničkim i vibracijskim razinama, višak energije se brzo troši, prenoseći fluorofor na najnižu vibracijsku podrazinu stanja ... Međutim, postoje iznimke: na primjer, fluorescencija azulena može se pojaviti iz oba i od Države.

Kvantni prinos fluorescencije

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

gdje Je li broj fotona emitiranih kao rezultat fluorescencije, i - ukupan broj apsorbiranih fotona. Što je veći kvantni prinos fluorofora , to je njegova fluorescencija intenzivnija. Kvantni prinos se također može odrediti pomoću pojednostavljenog Yablonskyjevog dijagrama [6] , gdje je i - konstante brzine radijacijske i neradijativne deaktivacije pobuđenog stanja.

Jednostavan dijagram na dvije razine.JPG

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

Iz posljednje formule proizlazi da ako , odnosno ako je brzina neradijacijskog prijelaza mnogo manja od brzine radijacijskog prijelaza. Imajte na umu da je kvantni prinos uvijek manji od jedinice zbog Stokesovih gubitaka.

Fluorescentni spojevi

Fluorescencija u ultraljubičastom svjetlu 0,0001% vodene otopine: plava - kinin, zelena - fluorescein, narančasta - rodamin-B, žuta - rodamin-6G

Mnoge organske tvari su sposobne za fluorescenciju, obično sadrže sustav konjugiranih π-veza. Najpoznatije su kinin , metil zeleno, metilno plavo, fenol crveno, kristalno ljubičasto, briljantno plavo krisol, POPOP, fluorescein , eozin , akridinske boje (akridin narančasta, akridin žuta), rodamini (rodamin 6G, nilerodamin i B). mnoge druge.

Primjena

U proizvodnji boja i bojanju tekstila

Fluorescentni pigmenti se dodaju bojama , flomasterima , kao i kod bojanja tekstila , kućanskih predmeta, nakita i sl. kako bi se dobile posebno svijetle ("blistave", "kisele") boje s povećanim spektralnim albedom u traženom rasponu valnih duljina, ponekad prelazi 100 %. Ovaj učinak postiže se činjenicom da fluorescentni pigmenti pretvaraju ultraljubičasto svjetlo sadržano 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 svjetlo, čime se kompenzira prirodna žućkasta nijansa tkanine , čime se postiže efekt snježnobijele boje odjeće i posteljine . Optička plava se koristi kako za tvorničko bojenje tkanina tako i za osvježavanje boje tijekom pranja , u prašcima za pranje rublja . Slični pigmenti se koriste u mnogim vrstama papira, uključujući papir za svakodnevnu uredsku upotrebu. Ima najveći sadržaj pigmenta s plavom, u pravilu.

Fluorescentne boje, u kombinaciji s crnim svjetlom , često se koriste u dizajnu diskoteka i noćnih klubova . Također se prakticira korištenje fluorescentnih pigmenata u bojama 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 alkoholne otopine klorofila

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

Laseri

Fluorofori s visokim kvantnim prinosima i dobrom fotostabilnošću mogu se koristiti kao komponente u aktivnom mediju lasera na bojila.

U forenzici

Određene fluorescentne tvari koriste se u operativno-istraživačkim radnjama (za obilježavanje novca, drugih predmeta u procesu dokumentiranja činjenica davanja mita i iznude. Mogu se koristiti i u kemijskim zamkama)

U hidrologiji i ekologiji

Fluorescein je korišten 1877. kako bi se dokazalo da su rijeke Dunav i Rajna povezane podzemnim kanalima. [7] . Boja je unesena u dunavske vode, a nekoliko sati kasnije pronađena je karakteristična zelena fluorescencija u maloj rijeci koja se ulijevala u Rajnu. Danas se fluorescein također koristi kao specifičan marker koji olakšava pronalaženje razbijenih pilota u oceanu. Za to se jednostavno razbije ampula s bojom, koja, otapanjem u vodi, tvori jasno vidljivu zelenu mrlju velike veličine. Također, fluorofori se mogu koristiti za analizu onečišćenja okoliša (otkrivanje curenja nafte (naftnih filmova) u morima i oceanima).

vidi također

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. Molecular Expressions Microscopy Primer: Specialized Microscopy Techniques - Fluorescence - Basic Concepts in Fluorescence . mikro.magnet.fsu.edu. Datum tretmana: 07.01.2020.
  4. Stokesov pomak u otopinama i plinovima. Neovisnost spektra emisije od valne duljine apsorpcije. Pravilo zrcalne simetrije i isključenja iz njega.
  5. Molekularni izrazi: znanost, optika i vi: svjetlo i boja - izvori vidljive svjetlosti . mikro.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 aromatskih molekula, 2. izd. Academic Press, New York.

Književnost

Linkovi