Медицинская физика / 2.10.ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ / Люминесценция

1). Люминесценция, её виды, характеристика, особенности.

Люминесценция – это холодное свечение, не связанное с нагревом тела, которое прекращается, как только используется энергия. (Например, северное сияние, свечение насекомых, неоновая трубка).

Определение люминесценции дано Вавиловым:

Люминесценция – это излучение, избыточное над тепловым излучением данного тела, данной спектральной плоскости, данной температуры и при условии, что свечение не прекращается сразу после его возбуждения.

Виды люминесценции:

1. По спектру излучения:

   1. Инфракрасное

   2. Видимое

   3. Ультрафиолетовое

2. По способу возбуждения:

   1. Фотолюминесценция (возбуждается светом, наиболее распространена в при­роде)

   2. Рентгенолюминесценция (возбуждается рентгеновскими лучами)

   3. Радиолюминесценция (происходит под действием α- и β-излучения)

   4. Катодолюминесценция (вызывается движущимися электронами)

   5. Триболюминесценция (вызывается трением)

   6. Электролюминесценция (вызывается электрическим полем)

   7. Хемилюминесценция (возникает при протекании химических реакций. Если они протекают в живых организмах, то имеет место биолюминесценция)

   8. Кристаллолюминесценция (возбуждается процессами кристаллизации)

3. По длительности свечения:

   1. Флуоресценция (длительность не превышает 10^-6с, т.е. свечение прекраща­ется почти сразу после прекращения действия внешнего излучения)

   2. Фосфоресценция (длительность более чем 10^-6с и продолжается секунды, ми­нуты, часы после окончания действия возбуждающего фактора. Фосфоресци­рующие твёрдые тела называют люминофорами)

4. По природе люминесцирующего вещества:

   1. Первичная (например, витамины А и В)

   2. Вторичная (вещество люминесцирует после обработки люминесцентными кра­сителями – флуорохромами)

Особенности люминесценции:

1. Люминесценция наблюдается у твёрдых, жидких и газообразных тел.

2. Люминесценция не подчиняется закону теплового излучения.

3. Люминесценция имеет конечную длительность свечения.

4. Люминесценция представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое воз­буждёнными атомами, молекулами или ионами.

2). Механизм возникновения люминесценции.

Люминесценция – это квантовый процесс, который объясняется с позиции кванто­вой физики (постулаты Бора).

Кванты света, воздействующие на атомы вещества, переводят один или более электронов в возбуждённое состояние. Обратный переход сопровождается излучением фотона.

Е_ф=hν

hν_люм.=Е_возб.-Е_осн.

О

1

братный переход может быть прямым (1) и ступенчатым (2), т.е. через проме­жуточный уровень.

Прямой переход характерен для газов и паров металлов, ступенчатый характерен для растворов веществ.

(2)

Е возбуждённый

промежуточный

(1)

hν₁ hν₂

основной

Основные характеристики люминесценции:

1. Спектр возбуждения – это совокупность тех длин волн возбуждающего излучения, которые при поглощении в наименьшей степени вызывают люминесценцию.

2. Спектр люминесценции – это совокупность тех длин волн, из которых состоит люми­несцентное излучение.

3. Энергетический выход – это отношение энергии люминесценции к поглощённой энергии.

===

4. Квантовый выход – это отношение числа квантов люминесцентного излучения к числу квантов поглощённого излучения.

Пример: для флуоресцина в воде В=0,8

Факторы, влияющие на люминесценцию:

1. Вид вещества.

2. рН среды (например, флуоресцин хорошо люминесцирует в водно-щелочной среде, но плохо в кислой).

3. Температура (с повышением температуры интенсивность излучения снижается).

4. От концентрации люминесцирующего вещества.

5. От интенсивности возбуждающего излучения.

6. От наличия примесей (например, уменьшают люминесценцию ионы железа, ко­бальта, йода, брома, серебра).

3). Люминесцентный анализ, его особенности, виды и применение.

Спектральный состав люминесценции отражает строение и внутреннюю струк­туру данного вещества, поэтому с помощью люминесценции можно изучать вещество как количественно, так и качественно

Люминесцентный анализ – это совокупность методов обнаружения, определения и изучения состава вещества по его люминесценции.

Особенности анализа:

1. Высокая чувствительность.

2. Зависимость люминесценции от примесей и рН среды.

3. Зависимость интенсивности люминесценции в определённых пределах от концентра­ции вещества.

4. Прямая зависимость интенсивности люминесценции от интенсивности возбуждаю­щего излучения.

Виды люминесцентного анализа:

1. Качественный

   1. Спектральный. Осуществляется по распределению энергии в спектре люминесцен­ции и применяется для обнаружения веществ и их идентификации.

   2. Л

      2

      юминесцентный анализ разделения. Применяется для диагностики заболева­ний, определения соединений органических веществ в почве, определения сте­пени поражения семян и растений болезнью.

2. Количественный спектральный анализ. Здесь по интенсивности спектральных ли­ний определяют количество вещества.

По методике исследования различают:

1. Макроанализ (наблюдение невооружённым глазом). Используется для проверки качества предметов. Объект облучается ультрафиолетом и даёт люминесцентное свечение.

2. Микроанализ (исследование люминесцирующих объектов с помощью специаль­ных микроскопов).

1. Метод флуоресцирующих молекул. Эти молекулы добавляются к мембранным систе­мам извне. Их называют флуоресцирующие зонды или метки. Они позволяют обнаружить перестройки в белках и молекулах.

Применение люминесцентного анализа в медицине:

1. В дерматологии. Для выявления грибковых заболеваний кожи и волос.

2. В микробиологии. Для обнаружения возбудителей туберкулёза.

3. В онкологии. Для обнаружения границ роста злокачественных опухолей.

4. В биохимии. Для обнаружения витаминов.

5. В клинике глазных болезней. Для обнаружения язв роговицы

6. В клинике внутренних болезней. Для определения скорости кровотока.

7. В судебной медицине. Для обнаружения крови, токсинов.

8. В фармакологии. Для анализа лекарств и изменения их, для обнаружения морфина, кокаина и других алкалоидов, обладающих люминесцентными свойствами.

3