Интенсивность люминесценции и факторы, влияющие на нее
Из определения энергетического выхода люминесценции
(5.4.4)
Таким образом, на интенсивность люминесценции влияют следующие факторы.
Концентрация люминесцирующих частиц с. Характер этой зависимости подробно обсуждается в следующем разделе.
Длина волны возбуждающего света а, от которой зависит величина 8. Наибольшая интенсивность люминесценции достигается при облучении светом с X = лтах — длиной волны в максимуме поглощения люминесцирующего вещества.
Интенсивность источника света 1о- В этом отличие люминесценции от абсорбционных методов анализа, в которых величина аналитического сигнала (оптическая плотность) не зависит от интенсивности источника.
Величина энергетического выхода фэн, которая, в свою очередь, зависит от многих факторов. Основные из них следующие.
Температура. С ростом температуры выходы люминесценции (как энергетический, так и квантовый) резко падают ввиду большей вероятности безызлучательной релаксации из-за столкновений молекул. Люминесценцию многих веществ можно наблюдать только при температуре жидкого азота. Особенно чувствительна к температуре интенсивность фосфоресценции; вероятность конкурирующей релаксации в этом случае особенно велика из-за долгого времени пребывания частицы в возбужденном триплет-ном состоянии. В случае атомной флуоресценции, происходящей при высокой температуре, выходы люминесценции крайне невелики. Поэтому для изучения атомной флуоресценции требуются особо мощные источники света.
Наличие посторонних компонентов. Люминесценция — процесс, крайне чувствительный к физико-химическому состоянию вещества. Взаимодействие излучающих частиц с посторонними компонентами, даже находящимися в малых концентрациях, может снизить выход люминесценции вплоть до полного ее исчезновения (примесное тушение люминесценции). Особенно эффективны как тушители частицы, имеющие неспаренные электроны, — например, молекулярный кислород. На эффекте примесного тушения основано много методик косвенного люминесцентного определения кислорода.
Концентрация люминесцирующих частиц также влияет на выход люминесценции по
тем же самым причинам. Обычно с ростом концентрации выходы люминесценции уменьшаются (концентрационное тушение).
Зависимость интенсивности люминесценции от концентрации
Уравнение (5.4.4) показывает, что между интенсивностью люминесценции I и концентрацией с существует прямо пропорциональная связь. Однако на интенсивность люминесценции влияет множество факторов, приводящих к нарушению линейности этой зависимости. Основные из них следующие.
1. Из характера допущений, сделанных при выводе соотношения (5.4.4), следует, что эта зависимость лишь приближенно линейная в области малых концентраций. Более строгое соотношение (5.4.3) можно считать практически линейным лишь при elc< 0.01.
2. Уравнение (5.4.3) и его предельный случай — (5.4.4) — справедливы лишь для бесконечно тонкого слоя люминесцирующей среды. При конечной толщине слоя интенсивность люминесценции, как и любого эмиссионного процесса, снижается вследствие самопоглощения (с. 24), а также эффекта внутреннего фильтра. Последний заключается в том, что эффективность возбуждающего излучения снижается по мере проникновения в толщу среды вследствие его поглощения.
3. Как отмечалось выше (разд. 5.4), с ростом концентрации вещества происходит уменьшение выхода люминесценции — концентрационное тушение1) вследствие изменения физико-химической формы существования вещества (агрегация и т.д.).
Все указанные причины приводят к отрицательным отклонениям градуировочной характеристики от линейности. Заметим, что в люминесцентном методе немонохроматичность источника возбуждающего света не приводит к нарушению линейности градуировочной характеристики (в том диапазоне концентраций, в котором ее вообще можно считать линейной, т.е. где с достаточной точностью соблюдается соотношение (5.4.4)). Действительно, применяя схему рассуждений, изложенную в разд. 2.3, получаем:
1люм = 2.303(фэн11сие1 + фэя21о2Е2)1с (5.5.1)
Эта зависимость является линейной относительно с.