Ф КГМУ 4/3-04/04

ИП №6 от 14 июня 2007 г.

КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра медицинской биофизики и информатики

Лекция

Тема: Закономерности поглощения света биологическими системами

Спектрофотометрические методы исследования

Взаимодействие электромагнитных волн с веществом

Дисциплина ООD 012 МВ 1112 «Медицинская биофизика»

Специальность 130100 «Общая медицина»

Курс – 1

Время (продолжительность) 1ч.

Караганда 20015 г.

Обсуждена и утверждена на заседании кафедры

"____"__________200___г. Протокол №_____

Заведующий кафедрой проф. ______________ Б.К. Койчубеков

Тема: Закономерности поглощения света биологическими системами

Спектрофотометрические методы исследования

Взаимодействие электромагнитных волн с веществом

Подтема: Люминесценция биологических систем

Цель: Определить основные физические испускания света .Дать понятия об основных механизмах люминесценции, спектра люминесценции, применение в медицине.

План лекции

1. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ.

1.1.Квантовый выход флуоресценции

1.2.Характеристика триплетного состояния

1.2.1.Триплетнный уровень и фосфоресценция

2. МИГРАЦИЯ ЭНЕРГИИ И ЕЕ ВИДЫ.

Тезисы лекции:

1. Люминесценция.

Переход молекулы в возбужденное состояние можно рассматривать как акт запасания энергии кванта света в молекуле. Однако эта энергия имеет тенденцию весьма быстро растратиться. Прежде всего, происходит растрата той части энергии, которая представляет собой избыток по отношению к самому низшему подуровню наиболее низкого электронного уровня. При этом энергия растрачивается в тепло и отдается окружающей среде. Процессы растраты происходят чрезвычайно быстро за 10^-13 – 10^-11сек. Таким образом, молекула, поглотившая квант энергии любой величины через короткое время оказывается на самом низшем уровне возбуждения. Дальнейшая растрата энергии происходит более медленно. Средняя величина длительности жизни молекулы в нижнем синглентном возбужденном состоянии (S₁) составляет около 10^-9-10^-8сек. Энергия, запасенная на этом уровне, может быть растрачена в тепло (безизлучательный переход S* – Sо ), либо быть высвечена в виде кванта излучения (флуоресценция, переход S* – So ) либо, наконец, быть использована для осуществления фотохимической реакции.

Подобно спектрам поглощения, спектры люминесценции (флуоресценции) сложных молекул размыты и лишены тонких деталей. Информативными оказываются не столько длины волн максимумов полос, сколько интенсивность, поляризация и длительность свечения.

1.1.Квантовый выход флуоресценции

Величина квантового выхода () определяется долей переходов с излучением, т.е. отношением количества квантов флуоресценции, испущенных с уровня S₁, к поглощенным квантам и зависит от вероятности дезактивации синглетного возбужденного состояния по излучательному пути.

В растворе равновесное распределение молекул по их запасам колебательной энергии не зависит от избытка этой энергии, полученной при возбуждении, и, следовательно от длины волны возбуждающего света. Значит, Время жизни в состоянии S₁ и квантовый выход () не зависят от длины волны возбуждающего света - закон Вавилова.

Поскольку энергия поглощенного кванта часто тратиться на тепловые колебания, энергия кванта флуорисценции оказывается меньше, т.е. спектр флуорисценции сдвинут в длинноволновую сторону относительно наиболее длинноволновой полосы поглощения - закон Стокса.

Форма полос флуорисценции определяется распределением колебательных подуровней основного состояния, т.е. отражает колебательную структуру основного состояния So. Часто распределение колебательных подуровней по энергиям у основного и возбужденного состояний одинаково, следовательно, полосы флуоресценции и поглощения будут зеркально симметричны относительно так называемого (О-О) перехода(единственный переход, имеющий одинаковую энергию поглощения и флуоресценции.

Органические молекулы имеют достаточно сложный набор колебательных уровней, поэтому вместо последовательности отчетливых максимумов ( соответствующий простой серии колебательных уровней) в спектре сложных молекул наблюдается широкая полоса.

Флуоресценция происходит с самого нижнего уровня первого возбужденного состояния. Для идеальных флуоресцирующих молекул ( = 1) необходимо допустить, что в стационарных условиях число актов испускания за 1с будет равно числу актов поглощения, т.е. все переходы из возбужденного уровня на основной будут сопровождаться флуоресценцией.

В действительности квантовый выход флуоресценции меньше единицы вследствие существования в молекуле безизлучательных процессов.

В жидких растворах молекулы люминесцирующих соединений за время жизни этого состояния успевают много раз столкнуться с молекулами растворителя и других веществ. При этом происходит безизлучательная растрата энергии возбуждения - тушение люминесценции.

Эффективными тушителями люминесценции являются парамагнитные ионы (Fe ²⁺, Mn ²⁺,Ni ²⁺,Co ²⁺ и др.), молекулярный кислород, а так же некоторые галогены (йод, бром, и др.).