Меню Главная Случайная статья Настройки Флуоресценция Материал из https://ru.wikipedia.org Флуоресценция, или флюоресценция — люминесцентный процесс, характеризующийся крайне малым временем затухания излучения после отключения источника возбуждения. Флуоресценцией обычно называют излучательный переход возбуждённого состояния с самого нижнего синглетного колебательного уровня S1 в основное состояние S0[1]. В общем случае флуоресценцией называют разрешённый по спину излучательный переход между двумя состояниями одинаковой мультиплетности: между синглетными уровнями ${\displaystyle S_{1}\rightarrow S_{0}}$. Типичное время жизни такого возбуждённого состояния составляет 1011106 с[2]. Флуоресценцию следует отличать от фосфоресценции — запрещённого по спину излучательного перехода между двумя состояниями разной мультиплетности. Например, излучательный переход возбуждённого триплетного состояния T1 в основное состояние S0. Синглет-триплетные переходы имеют квантовомеханический запрет, поэтому время жизни возбуждённого состояния при фосфоресценции составляет порядка 103102 с[3]. Содержание 1 Происхождение термина 2 История изучения 3 Теоретические основы 3.1 Соотношение спектров поглощения и флуоресценции 3.2 Схематическое изображение процессов испускания и поглощения света. Диаграмма Яблонского 3.3 Квантовый выход флуоресценции 4 Флуоресцентные соединения 5 Применение 5.1 В производстве красок и окраске текстиля 5.2 В технике 5.3 В биологии и медицине 5.4 Лазеры 5.5 В криминалистике 5.6 В гидрологии и экологии 6 См. также 7 Примечания 8 Литература 9 Ссылки Происхождение термина Термин «флуоресценция» происходит от названия минерала флюорит, у которого она впервые была обнаружена, и лат. -escent — суффикс, означающий слабое действие. История изучения Впервые флуоресценцию соединений хинина наблюдал физик Джордж Стокс в 1852 году. Теоретические основы Согласно представлениям квантовой химии, электроны в атомах расположены на энергетических уровнях. Расстояние между энергетическими уровнями в молекуле зависит от её строения. При облучении вещества светом возможен переход электронов между различными энергетическими уровнями. Разница энергии между энергетическими уровнями и частота колебаний поглощённого света соотносятся между собой уравнением (II постулат Бора): ${\displaystyle E_{2}-E_{1}=h\nu .}$ После поглощения света часть полученной системой энергии расходуется в результате релаксации. Часть же может быть испущена в виде фотона определённой энергии[4]. Соотношение спектров поглощения и флуоресценции Спектр флуоресценции сдвинут относительно спектра поглощения в сторону длинных волн. Это явление получило название «Стоксов сдвиг». Его причиной являются безызлучательные релаксационные процессы. В результате часть энергии поглощённого фотона теряется, а испускаемый фотон имеет меньшую энергию, и, соответственно, большую длину волны[5][6]. Схематическое изображение процессов испускания и поглощения света. Диаграмма Яблонского Схематически процессы поглощения света и флуоресценции показывают на диаграмме Яблонского. При нормальных условиях большинство молекул находятся в основном электронном состоянии ${\displaystyle S_{0}}$. При поглощении света молекула переходит в возбуждённое состояние ${\displaystyle S_{1}}$. При возбуждении на высшие электронные и колебательные уровни избыток энергии быстро расходуется, переводя флуорофор на самый нижний колебательный подуровень состояния ${\displaystyle S_{1}}$. Однако, существуют и исключения: например, флуоресценция азулена может происходить как из ${\displaystyle S_{1}}$, так и из ${\displaystyle S_{2}}$ состояния. Квантовый выход флуоресценции Квантовый выход флуоресценции показывает, с какой эффективностью проходит данный процесс. Он определяется как отношение количества испускаемых и поглощаемых фотонов. Квантовый выход флуоресценции может быть рассчитан по формуле ${\displaystyle \Phi ={\frac {N_{em}}{N_{abs}}}}$ где ${\displaystyle {N_{em}}}$ — количество испускаемых в результате флуоресценции фотонов, а ${\displaystyle {N_{abs}}}$ — общее количество поглощаемых фотонов. Чем больше квантовый выход флуорофора, тем интенсивнее его флуоресценция. Квантовый выход можно также определить с помощью упрощённой диаграммы Яблонского[7], где ${\displaystyle {\Gamma }}$ и ${\displaystyle k_{nr}}$ — константы скорости излучательной и безызлучательной дезактивации возбуждённого состояния. Тогда доля флуорофоров, возвращающихся в основное состояние с испусканием фотона, и, следовательно, квантовый выход: ${\displaystyle \Phi ={\frac {\Gamma }{\Gamma +k_{nr}}}}$ Из последней формулы следует, что ${\displaystyle \Phi \rightarrow 1}$ если ${\displaystyle {\frac {k_{nr}}{\Gamma }}\rightarrow 0}$, то есть если скорость безызлучательного перехода значительно меньше скорости излучательного перехода. Отметим, что квантовый выход всегда меньше единицы из-за стоксовых потерь. Флуоресцентные соединения К флуоресценции способны многие органические вещества, как правило содержащие систему сопряжённых -связей. Наиболее известными являются хинин, метиловый зелёный, метиловый синий, феноловый красный, кристаллический фиолетовый, бриллиантовый крезиловый синий, POPOP[англ.], флуоресцеин, эозин, акридиновые красители (акридиновый оранжевый, акридиновый жёлтый), родамины (родамин 6G, родамин B), нильский красный и многие другие. Применение В производстве красок и окраске текстиля