75. Взаимосвязь спектров поглощения и люминесценции. Правило Стокса, закон Стокса-Ломмеля.

Параметрами, характеризующими люминесцирующие вещества, являются:

- их электронные спектры поглощения и спектры люминесценции;

- энергетический и квантовый выходы люминесценции .

Электронные спектры поглощения люминесцирующих веществ обусловлены энергетическими переходами невозбужденных молекул, атомов или ионов в возбужденное состояние. При этом спектр поглощения характеризует суммарное поглощение излучения, которое складывается из активного (вызывающего люминесценцию) и неак­тивного (не приводящего к возникновению свечения). Активное из­лучение образует т.н. спектр возбуждения люминесценции. Спектр испускания, или спектр люминесценции, характеризует переход из возбужденного состояния в основное.

Спектр люминесценции (его форма и положение) для сложных органических молекул в конденсированньгх средах не зависит от длины волны возбуждающего света, если эта длина волны лежит в преде­лах их электронного спектра поглощения. Например, если спектр по­глощения вещества имеет вид, приведенный на рис. а, а спектр его флуоресценции имеет вид, приведенный на рис. б, то положение и вид спектра флуоресценции останутся неизменными, если для возбуждения флуоресценции будет использовано излучение с любой длины волны, лежащей в диапазоне 530-570 нм.

Это объясняется тем, что возбужденные молекулы, поглотившие кванты различной величины, попадают на уровни разных возбужденных электро-колебательных состояниях.. Затем за время, много меньшее средней длительности их возбужденного состоя­ния, происходит перераспределение энергии - избыточная колеба­тельная энергия расходуется безызлучательным путем на взаимодействие с молекулами окружающей среды - и излучательный переход осуществляется с одних и тек же электронных уровне.

Взаимное положение спектра поглощения и спектра флуоресценции вещества определено правилом Стокса, согласно которому спектр флуоресценции вещества всегда имеет большую длину волны, чем спектр поглощения .Однако для многих молекул их спектры поглощения и флуоресценции перекрываются в широком спектральном интервале и испус­каемые кванты флуоресценции в этом интервале больше поглощенных. Эта часть спектра флуоресценции называется антистоксовой областью, а расстояние между максимумами спектров поглощения и флуоресценции - стоксовым смещением.

Ломмель уточнил правило Стокса, предложив для него сле­дующую формулировку: «Спектр излучения в целом и его максимум всегда сдвинуты по сравнению со спектром поглощения и его макси­мумом в сторону длинных волн». Закон Стокса-Ломмелн строго вы­полняется для широкого круга флуоресцирующих веществ.

Такое соотношение спектров поглощения и люминесценции и др. закономерности обусловлены природой люминесценции.

76. Квантовый и энергетический выход люминесценции. Закон Вавилова.

Для количественного флуоресцентного анализа используют значение выхода флуоресценции или связанную с ним интенсивность флуоресцентного излучения I_фл.

Различают: - энергетический выход флуоресценции В_эн, равный отношению излучаемой энергии Е_фл к поглощенной Е_погл.; - квантовый выход В_кв., равный отношению числа квантов флуоресценции N_фл, к числу квантов поглощенной энергии N_погл.

В_эн=Е_фл/Е_погл.

В_кв=N_фл/N_погл

Т.к Е_фл.= h υ_фл, а Е_погл= h υ_погл, то В_эк= В_кв. υ_фл/ υ_погл=В_кв. λ_погл./λ_фл.

В ыход флуоресценции и интенсивность флyоресцентного излу­чения зависят от ряда факторов. При возбуждении флуоресценции монохроматическим светом выход зависит от длины волны возбуждающего света и подчиняется закону С.И. Вавилова: постоянный квантовый выход люминесценции сохраняется, если возбуждающая волна преобразуется в среднем в более длинную; при обратном превращении длинных волн в более короткие выход флуоресценции рез­ко уменьшается.

В_кв.

λ

Зависимость квантового выхода флуоресценции от длины волны возбуждающего света