Люминесценция.

Одним из путей реализации возбужденного состояния молекулы может быть излучательный переход на основной уровень (S₀), сопровождающийся испусканием кванта света. Это явление носит название – люминесценция. Способностью к люминесценции обладают различные вещества – люминофоры.

Люминесценцию классифицируют по типу возбуждения:

– фотолюминесценция (свечение вещества в результате его возбуждения светом);

– радиолюминесценция (свечение под действием ядерных излучений – a-, b-, g-излучения);

– рентгенолюминесценция (свечение люминофора при его возбуждении рентгеновскими лучами);

– катодолюминесценция (свечение люминофора при его бомбардировке электронами – катодными лучами);

– электролюминесценция (свечение вещества в электрическом поле);

– триболюминесценция (свечение тел в результате их деформации);

– хемилюминесценция (свечение тел при химических реакциях);

– биолюминесценция (свечение биообъектов, связанное с процессами их жизнедеятельности).

Явление люминесценции подчиняется следующим законам.

Закон Стокса – спектр люминесценции сдвинут в длинноволновую область относительно спектра поглощения того же вещества, поскольку средняя энергия квантов люминесценции ниже средней энергии поглощенных квантов. Излучение кванта люминесценции всегда происходит с нижнего колебательного подуровня нижнего возбужденного состояния (S₁ или T₁) независимо от того на каком уровне находился электрон после возбуждения молекулы. Переход электрона на нижний подуровень происходит за счет рассеивания части энергии в виде тепла (q), поэтому квант люминесценции hν_люм имеет меньшую энергию и большую длину волны, чем кванты возбуждающего света hν_возб.

hν_возб = hν_люм + q

ν = c/λ

λ_люм > λ _возб

Правило Каши – форма спектра люминесценции не зависит от длины волны возбуждения люминесценции, а определяется природой вещества. Спектр фотолюминесценции по форме совпадает со спектрами других типов люминесценции данного вида молекул, то есть не зависит от способа возбуждения молекулы.

Для фотолюминесценции вводится понятие квантового выхода (h) – отношение числа излученных квантов (N_люм) к числу поглощенных (N_возб):

Квантовый выход может принимать значения от 0 до 1 и отражает вероятность протекания люминесценции относительно иных путей дезактивации возбужденного состояния.

Согласно закону Вавилова квантовый выход фотолюминесценции постоянен в широкой области длин волн возбуждающего света, следовательно, определяется природой вещества. Так, квантовый выход флуоресценции триптофана ≈ 0,17 (в составе белков от 0,02 до 0,4); тирозина ≈ 0,2; фенилаланина ≈ 0,04; ДНК≈10^–4. При этом необходимо учитывать, что при определенных условиях внешней среды может увеличиться вероятность безизлучательных переходов, что приводит к тушению люминесценции (повышение температуры, увеличение концентрации люминофора, наличие примесей).

Явление люминесценции нашло широкое применение в науке и промышленности и используется:

1. Люминесцентные микроскопы применяются в гистологических, цитологических исследованиях.

2. Иммунный анализ при помощи флуоресцентных меток, присоединенных к антигену или антителу.

3. Исследование проницаемости гематоэнцефалического и гистогематического барьеров по флуоресценции флуоресцеина.

4. В исследованиях энергетического состояния вещества, пространственной структуры молекул, процессах миграции энергии.

5. Стимулированная хемилюминесценция клеток в присутствии люминола является важным показателем функционального состояния фагоцитов, их способности к генерации активных форм кислорода.

6. Для химического анализа веществ, обнаружения примесей (правило Каши).

7. При создании экранов электронных приборов (катодолюминесценция), люминесцентных источников света с высоким КПД.

Дата добавления: 2015-08-18