14.4.7.1. Виды люминесценции

Явления люминесценции многообразны по своим свойствам и происхождению, их можно классифицировать по разным признакам.

В основу первой классификации была положена длительность процесса свечения, определяемая средним промежутком времени между актом возбуждения и актом испускания кванта люминесценции. По длительности свечения все виды люминесценции разделили на флуоресценцию и фосфоресценцию. К флуоресценции стали относить свечения, мгновенно (в течение до 10^-8 с, затухающие после прекращения их возбуждения, а к фосфоресценции — свечения, продолжавшиеся заметный промежуток времени (от 10^-6 с и более) после прекращения возбуждения. В настоящее время термины «флуоресценция» и «фосфоресценция» обычно применяют для того, чтобы отличить люминесценцию, возникающую при переходах между электронными уровнями одной мультиплетности (например, синглет-синглетный переход) от переходов между электронными уровнями разной мультиплетности (например, триплет-синглетный переход).

14.4.7.2. Основные характеристики люминесценции

Важнейшими характеристиками фотолюминесценции частиц вещества являются их спектры поглощения, люминесценции и возбуждения.

Спектры поглощения частиц обусловлены электронными переходами из основного состояния в возбужденное, а спектры их люминесценции — электронными переходами из возбужденного состояния в основное. Спектры поглощения представляют в виде зависимости величины поглощения от частоты или длины волны. Величина поглощения может быть выражена процентом пропускания (Т, %), оптической плотностью (А) или коэффициентом молярного поглощения (e ). При представлении спектра поглощения в виде кривых Т, % = f(n ), A = f(n ) или Т, % = f(l ), A = f(l ) указывают толщину поглощающего слоя (l) и концентрацию вещества (с). Спектры люминесценции представляют в виде зависимости интенсивности люминесценции (I) от частоты или длины волны излучения.

Спектры возбуждения характеризуют активное поглощение люминесцирующих частиц. Их представляют в виде зависимости интенсивности люминесценции от частоты или длины волны возбуждающего света. У веществ, люминесцирующих по типу дискретных центров, спектры возбуждения идентичны спектрам поглощения и могут отличаться от них только вследствие инструментальных искажений. У частиц с рекомбинационным механизмом свечения спектры возбуждения, как правило, существенно отличаются от спектров поглощения.

Люминесценция частиц вещества возникает за счет поглощения энергии возбуждения. Однако в энергию люминесценции превращается не вся поглощенная ими энергия. Эффективность преобразования энергии возбуждения в энергию люминесценции характеризуют выходом люминесценции.

Энергетический выход люминесценции определяется отношением излучаемой частицами вещества энергии Е_е к поглощенной ими энергии возбуждения Е_а:

. (14.4.79)

Для фотолюминесценции вводится также понятие квантового выхода, представляющего собой отношение числа квантов люминесценции N_е к числу поглощенных квантов возбуждающего света N_а:

. (14.4.80)

Так как энергия кванта равна hn , то между квантовым и энергетическим выходами существует соотношение

, (14.4.81)

где n _е, l _е — частота и длина волны испускаемого светового кванта; n _а, l _а — частота и длина волны поглощенного излучения.

Выход люминесценции является характеристическим параметром вещества при фиксированных условиях и значениях внешних параметров. Уменьшение выхода люминесценции носит название тушения люминесценции. Тушение может происходить в результате повышения температуры (температурное тушение) и концентрации люминофора (концентрационное тушение), при добавлении различных посторонних веществ (тушение посторонними веществами).

Важной характеристикой люминесценции является ее длительность, называемая также средним временем жизни или средней длительностью возбужденного состояния.

Флуоресцентные зонды типа пирена весьма гидрофобны по своей природе и растворяются во внутреннем, гидрофобном ядре мицеллы. Однако в присутствии определенных молекул, называемых тушителями, затухание флуоресценции может значительно ускоряться. Скорость, с которой тушитель входит в мицеллу и / или флуоресцентный зонд диффундирует в ядре мицеллы определяет кинетику процессов тушения. Следовательно, кинетический анализ затухания флуоресценции в отсутствие и в присутствии различных тушителей дает информацию относительно проницаемости мицеллы для тушителя.

Поскольку спектр флуоресценции нафтильной группы перекрывается со спектром поглощения дансильной группы, эффективность такого переноса энергии должна быть достаточно высокой. Обратите внимание, насколько хорошо выполняется пропорциональность эффективности переноса г-в; при этом 0 3 4 нм. Присоединяя флуоресцентные зонды к родопсину, являющемуся рецептором видимого света, By и Страйер смогли оценить расстояния между специфическими участками молекулы, что позволило им сделать некоторые заключения относительно общей формы молекулы. [2]

Люминесцентные зонды и метки. В медицине используется применение специальных флуоресцирующих молекул, добавляемых к исследуемым биологическим системам извне, в которых они распределяются в соответствии со своими свойствами. Примером использования флуоресцентных зондов является метод флюоресцентной ангиографии - контрастирование сосудов флуоресцеином и их последующее фотографирование. Этот краситель вводится внутривенно пациентам. Этот краситель не токсичен, обладает очень высоким квантовым выходом флуоресценции. Он разносится с током крови по всему организму и диффундирует в дерму и эпидермис. Флуоресцеин возбуждается невидимым длинноволновым ультрафиолетовым излучением. Люминесценция его наблюдается в видимом свете. Диагностическая значимость этого метода заключается в том, что по скорости появления флуоресценции ( люминесценции) в поверхностных тканях судят об участках тела с пониженным кровообращением, в них флуоресцеин появляется позже, чем в участках тела с нормальным кровообращением. [3]

Применение люминесценции для аналитических целей включает широкую область использования ее для идентификации веществ, для обнаружения малых концентраций веществ, для контроля изменений, претерпеваемых веществом, для определения степени чистоты веществ. Широко применяются измерения люминесценции при изучении кинетики обычных химических реакций. Высокая чувствительность метода позволяет фиксировать малую степень превращения веществ, а иногда по люминесценции промежуточных соединений становится возможным установить механизм химической реакции. Люминесцентные методы используются в биологии, в частности для исследования структуры белков методом флуоресцентных зондов и меток. [4]

Применение люминесценции для аналитических целей включает широкую область использования ее для идентификации веществ, для обнаружения малых концентраций веществ; для контроля изменений, претерпеваемых веществом; для определения степени чистоты веществ. Широко применяются измерения люминесценции при изучении кинетики обычных химических реакций. Высокая чувствительность метода позволяет фиксировать малую степень превращения, а иногда по люминесценции промежуточных соединений становится возможным установить механизм химической реакции. Люминесцентные методы используются в биологии, в частности, для исследования структуры белков методом флуоресцентных зондови меток. [5]