6.3. Спектр фотолюминесценции. Правило стокса
Спектры фотолюминесценции – зависимости спектральной плотности интенсивности люминесценции от длины волны Iλ ( ) показаны на рис.6.2 (а, б. ). Спектральная плотность интенсивности – интенсивность в узком интервале длин волн, делённая на ширину этого интервала.
На этих же рисунках показаны спектры поглощения – зависимости оптической плотности от длины волны D ( ).
а) б)
Рис.6. 2. Спектр фотолюминесценции и спектр поглощения. (Обьяснение в тексте).
Согласно правилу Стокса максимум спектра люминесценции обычно сдвинут в сторону более длинных волн по сравнению с максимумом спектра поглощения (рс.6 2 а). Это объясняется тем, что чаще всего не вся энергия поглощённого фотона возбуждающего излучения h в идёт на создание фотона люминесценции h л. Часть энергии превращается в энергию теплового движения молекул при безызлучательных переходах.
h л < h в , поэтому л < в и л > в .
Наблюдается и обратное явление (рис.6.1 б), так называемое антистоксовское излучение (АС). Его особенно хорошо можно зафиксировать, если возбуждающее излучение – монохроматическое – в узком интервале длин волн. Фотоны возбуждающего излучения, попадая на молекулу, которая уже находилась в возбуждённом состоянии, вызывают излучение фотонов, энергия которых складывается из энергии возбуждающего фотона и энергии возбуждённой молекулы. Поэтому у люминесцентных фотонов энергия больше, чем у возбуждающих, а длина волны меньше.
6.4. Люминесцентный анализ. Применение в фармации и медицине
Спектры люминесценции индивидуальны для каждого вещества – поэтому можно проводить качественный химический анализ. По интенсивности люминесценции можно определять очень малые концентрации исследуемого вещества – 10-8 моль /л – можно проводить количественный анализ. Исключительная чувствительность люминесцентного анализа позволила использовать его в различных научных и практических исследованиях в химии, фармации, биологии, биофизике. Некоторое ограничение применения люминесцентного анализа связано с тем, что не все вещества обладают способностью к фотолюминесценции. Поэтому широкое применение нашёл метод флюоресцентных зондов и меток. Флюоресцентные зонды – это молекулы веществ, способных к флюоресценции, которые вводятся в исследуемый объект и связаны с молекулами объекта исследования межмолекулярными связями. Флюоресцентные метки – флюоресцентные молекулы, присоединяемые к молекулам объекта химическими связями. В люминесцентном анализе в качестве возбуждающего излучения обычно применяется невидимое ультрафиолетовое излучение. Согласно правилу Стокса, флюоресценция происходит на более длинных волнах видимого света, который и наблюдается и исследуется.
Люминесцентный анализ широко применяется в фармации для сортировки фармацевтического сырья, в частности, растительного происхождения, определения начальной стадии его порчи и для научных исследований лекарственных веществ, пищевых добавок, витаминов, ядов.
В медицинской диагностике свечение характерным цветом некоторых поверхностных участков тела под действием ультрафиолетового излучения даёт возможность диагностировать ряд кожных заболеваний.
В биофизике флюоресцентные зонды и метки дают возможность исследовать подвижность мембранных фосфолипидных молекул и проницаемость мембран для некоторых веществ. По изменению спектра люминесценции ряда биомакромолекул, например, некоторых белков можно судить о структурных изменениях в них, а также изучать химические превращения и межмолекулярные взаимодействия.
Активно используется люминесцентный анализ в судебной медицине и вообще в криминалистике, например, для выявления пятен крови, прочтения невидимых записей и т.д.