Флуоресценция представляет собой одну из разновидностей “холодного свечения” молекул — люминесценци. Люминесценция обладает двумя свойствами, принципиально отличающими ее от других излучательных и безызлучательных процессов с участием света: отсутствием зависимости от температуры и большой длительностью, значительно превышающей период излучаемой световой волны.
Люминесценцию классифицируют по типу возбуждения, длительности свечения и механизму преобразования энергии. Фотолюминесценция возбуждатся светом, радиолюминесценция — ионизирующей радиацией, триболюминесценция — механическими деформациями, электролюминесценция — электрическим полем, хемилюминесценция — химическими реакциями и т. п.
По длительности свечения люминесценцию подразделяют на относительно быстро затухающую флуоресценцию (10 -11 -10 -6 с) и более продолжительную фосфоресценцию (10 -3 -10 -2 с). С точки зрения квантовой механики различия времени жизни люминесценцирующих молекул объясняются закономерностями поведения их электронов.
Флюорит. Флюс, флюоресценция и как пахнет фтор. «Магические» свойства камня.
Согласно этим представлениям электроны обладают спином — собственным моментом импульса (направлением вращения) s, который может принимать значения + Ѕ или — Ѕ. Атомы и молекулы имеют суммарный баланс спинов S = ?s, а также мультиплетность, которая определяется по формуле M = 2S + 1. Обычно молекула в невозбужденном состоянии содержит четное число электронов, причем число электронов со спином + Ѕ равно числу электронов со спином s = — Ѕ и поэтому S = 0, а М = 1. Это состояние молекулы обозначается как основное синглетное, или S0. При возбуждении квантом энергии наиболее вероятным является переход молекулы из синглетного состояния S0 в синглетное состояние S1 без изменения баланса спинов и мультиплетности. Возможен также случай, когда в результате внутреннего энергетического процесса спин одного из электронов меняет знак, что приводит к появлению двух неспаренных электронов и переходе молекулы из синглетного S0 в триплетное состояние Т1 с S = 1 и М = 3. При обратной конверсии молекулы из возбужденного в основное состояние избыток энергии может излучаться в виде кванта света — фотона. Более вероятный излучательный переход между двумя энерегетическими уровнями одинаковой мультиплетности (S1>S0 или Т1>Т0) будет порождать флуоресценцию, тогда как при менее вероятном переходе между уровнями различной мультиплетности (например, Т1>S0) будет наблюдаться фосфоресценция. В связи с тем, что в микроскопах используется явление флуоресценции, все дальнейшее изложение будет касаться именно этой разновидности люминесценции.
По механизму преобразования энергии выделяют спонтанную, резонансную, вынужденную и рекомбинационную флуоресценцию. Элементарные акты спонтанной флуоресценции иллюстрирует диаграмма Яблонского (Рис. 8):
Заменить На более качественный
Рис. 4. Диаграмма Яблонского: S0 — основной энергетический уровень молекулы, S1′ — безызлучательный энергетический уровень возбужденного состояния, S1 — излучательный энергетический уровень возбужденного состояния; 1 — поглощение кванта hнex, 2 — релаксация молекулы, 3 — испускание кванта hнem
Люминофоры и флуоресценция — что это такое? (Светящиеся жидкости)
В этой диаграмме, демонстрирующей для упрощения только синглетные переходы молекулы флуорохрома, рассматриваются три энергетических уровня: основной энергетический уровень S0, излучательный уровень возбужденного состояния S1 и безызлучательный уровень возбужденного состояния S1′. Наличие двух уровней возбужденного состояния S1′ и S1 отражает то обстоятельство, что, находясь в возбужденном состоянии, молекула теряет часть своей энергии из-за релаксации.
При спонтанной флуоресценции поглотившая энергию фотона молекула переходит из основного состояния S0 в возбуждённое состояние S1′, затем совершает безызлучательный переход на энерегетичекий уровень S1 и, наконец, переходит обратно в основное состояние S0 с испусканием фотона (Рис.4).
Резонансная флуоресценция отличается тем, что после возбуждения молекул и переходе их из основного состояния S0 в возбужденное состояние S1′, они возвращаются в состояние S0, минуя энергетический уровень S1. Условием резонансной флуоресценции является близкое и пространственно упорядоченное расположение молекул.
Может также возникнуть ситуация, когда молекула из возбужденного состояния S1′ не переходит сразу в излучательное состояние S1, а оказывается в метастабильном состоянии с пониженной по сравнению с S1 энергией. Поэтому для перехода молекулы в S1 ей необходимо сообщить дополнительную энергию с помощью теплового движения или инфракрасного света. Этот физический процесс характерен для метастабильной, или стимулированной флуоресценции.
Поскольку на заключительном этапе передачи энергии в этом случае происходит рекомбинационное восстановление частиц, такой процесс обозначается как рекомбинационная флуоресценция.
Рассеяние энергии при безызлучательном переходе S1′>S1 в случае спонтанной флуоресценции приводит к двум последствиям.
Во-первых, энергия излученного фотона становится ниже энергии поглощенного фотона, и поэтому длина волны флуоресценции будет больше длины волны возбуждающего света. Следует, однако, отметить, что в новых микроскопах стали применять двух- и многофотонную флуоресценцию, при которой молекулы флуорохрома на стадии возбуждения поглощают сразу два кванта или даже более. Энергия излучаемого фотона при этом будет не меньше, а больше энергии возбуждения.
Сравнительная характеристика видов флуоресценции
Источник: studbooks.net
Флуоресценция — это что такое?
Некоторые вещества, поглощая энергию, способны вырабатывать ответное свечение. Это явление получило название «люминесценция» (от латинского слова «свет»). Впервые оно было описано в 18 веке. Одна из разновидностей люминесценции — это флуоресценция.
Виды люминесценции
Чтобы понять, чем флуоресценция отличается от других видов свечения, необходимо рассмотреть виды люминесценции.
Выделяют следующие виды:
- хемилюминесценция — способность химических веществ к излучению света в ходе химических взаимодействий;
- биолюминесценция проявляется в способности к свечению у живых организмов (светлячки, планктон, некоторые разновидности рыб, грибов и др.);
Последний вид разделяется на два типа: фосфоресценцию и флуоресценцию. В обоих случаях свечение обусловлено воздействием источника света. Отличие в том, что фосфоресценция начинается не сразу, но длится дольше, даже после прекращения светового воздействия. При флуоресценции этот процесс наблюдается только во время воздействия.
История открытия
Названием явление флуоресценции обязано минералу флюориту, у которого оно впервые наблюдалось.
В 1833 году шотландский ученый Дэвид Брюстер обнаружил необычное явление. При попадании на зеленый раствор хлорофилла лучей белого цвета хлорофилл приобрел красный оттенок. Так впервые была обнаружена флуоресценция данного пигмента.
В 1845 году английский ученый Джон Гершель заметил, что бесцветный раствор хинина приобрел голубоватый цвет под действием солнечных лучей.
Наконец, семь лет спустя Джордж Стокс, исследуя минерал флюорит, заметил, что под действием ультрафиолетовых лучей минерал начал излучать свечение. Ученый дал явлению название флуоресценции.
Чем обусловлено данное явление?
Вещества, элементы которых способны к флуоресценции — это флуорофоры. Электроны в атомах находятся на энергетических уровнях. При поглощении энергии электроны атомов флуорофоров переходят в так называемое возбужденное состояние, начинают перемещаться между энергетическими уровнями. Явление флуоресценции вещества возникает при возвращении электронов в обычное состояние.
Квантовый выход
Квантовым выходом флуоресценции называют показатель эффективности, с которой поглощенная энергия преобразуется в излучаемое свечение. Иными словами, это соотношение выделившихся и поглощенных в процессе фотонов. Чем больше фотонов вырабатывается в ходе процесса, тем выше интенсивность флуоресценции. Поэтому от величины квантового выхода зависит выбор флуорофора в исследованиях и практическом применении.
Флуоресцентные соединения
Соединения, способные к данному процессу, делятся на органические и неорганические.
Органические флуорофоры — это флуоресцеин, экворин, зеленый флуоресцентный белок, эозин, хинин, акридиновые красители и др.
В качестве неорганических флуорофоров используются комплексы органических и неорганических соединений — биоконъюгаты. Органический флуорофор передает свечение атомам неорганических веществ, и они сами начинают флуоресцировать.
Флуоресценция хлорофилла
Хлорофилл — основной пигмент растений, придающий им зеленую окраску. Поглощая свет, молекулы хлорофилла способны переходить в возбужденное состояние. При возвращении молекул в обычное состояние появляется свечение. В ультрафиолетовом свете зеленый пигмент приобретает красную окраску. Этот процесс называется флуоресценцией хлорофилла.
Фотосинтез — процесс, от которого зависит жизнь растений, а также целых экосистем. Замедление фотосинтеза служит показателем плохого состояния здоровья растений. Причинами могут являться нехватка воды, питательных веществ, неблагоприятные температурные условия, сорняки и т.д. Поэтому анализ флуоресценции растений необходим для оценки их здоровья.
Применение флуоресценции
Методы флуоресценции и флуоресцентного анализа используются во многих сферах деятельности.
Флуоресценция применяется в биологии и медицине. В молекулярной биологии используются специальные флуоресцентные зонды и красители. Их применяют, чтобы обнаружить некоторые составляющие компоненты биологических структур. К примеру, некоторые клетки крови подвергаются подсчету при анализе благодаря наличию в их структуре эозина — органического флуорофора.
Широкое применение явлению находится в изготовлении красок и пигментов. Флуоресцентные вещества используются для получения ярких цветов. Обусловлено это тем, что флуоресцентные пигменты способны преобразовывать ультрафиолет из естественных и искусственных источников в излучение определенного спектра. Благодаря этому, цвет материала становится более ярким.
Примером такого красителя служит оптическая синька, преобразующая ультрафиолетовое излучение в синеватый оттенок. Она применяется при фабричной окраске тканей, а также в стиральных порошках, придавая одежде белоснежный цвет. Кроме того, данный способ используется для осветления бумаги.
Флуорофоры могут применяться для обнаружения в крупных водоемах потерпевших крушение летчиков. Они имеют при себе специальные емкости с флуоресцирующими веществами. При попадании красителя в воду появляется характерное пятно, которое помогает обнаружить место крушения.
В технике пигменты добавляются в некоторые технические жидкости. При подсветке ультрафиолетом утечка таких жидкостей сразу становится заметна.
Применяется флуоресценция и в экологии, гидрологии, изготовлении лазеров.
Наконец, методы флуоресцентного анализа неоценимы для исследования процесса фотосинтеза растений. Любые отклонения в состоянии их здоровья могут нанести урон экосфере.
- флуоресценция — это один из видов люминесценции;
- она заключается в способности веществ и соединений к свечению при воздействии на них источником света;
- исследования и методы данного явления применяются во многих отраслях знаний.
Источник: fb.ru
В чем разница между флуоресцентным и люминесцентным свечением?
Для тех кто не встречался с такими материалами, звучит загадочно, но на самом деле все просто.
Флуоресцентные материалы отражают УФ-лучи. За счёт этого и светятся.
Флуоресцентные (флюоресцентные) — это те, которые светятся только в ультрафиолетовом свете. Это могут быть краски, пигменты, ткани, нитки, пластики и т.д. Поскольку основной источник ультрафиолета на земле — солнце, они выглядят супер-яркими при дневном свете.
Флуоресцентные цвета в народе часто называют «кислотными» цветами. С такими материалами мы сталкиваемся везде. За счет эффектности, они очень популярны для спортивной одежды и аксессуаров, купальников, дизайна помещений и окрашивания элитных автомобилей и т.п.
Светящаяся в темноте фотолюминесцентная дорожка. Выполнена с использованием окрашенных камней AcidColors.
Люминесцентные — материалы на основе люминофоров. Иногда их называют фотолюминесцентными. Они сначала заряжаются светом, а потом сами светятся в темноте. Лучше всего заряжаются от того же ультрафиолета, соответственно и от прямого солнечного света. Полная зарядка от мощной лампы или прямого солнечного света занимает от 15 до 60 минут.
Плитка из керамической фотолюминесцентной гальки (в темноте)
Светящаяся мозаика и камни при свете дня смотрятся ничуть не хуже!
Завораживающая красота!
Время свечения в темноте, называется «длительностью послесвечения». Тут все напрямую зависит от качества и стоимости материала. Недорогие люминесцентные материалы светятся максимально ярко 15 минут, а полностью разрядятся и погаснут примерно за 3 часа. У дорогих все куда интереснее. Максимально ярко они могут светится до 3-х часов, а потом постепенно затухая светятся 24-30 часов до полной разрядки.
В последнее время стали набирать популярность из-за своей экологичности (их срок службы десятки лет, а заряжаются от солнечного света). Применяются в ландшафтном дизайне, в системах безопасности, медицине и в принципе везде, где позволяет ваша фантазия.
Хотите увидеть всё «в живую», потрогать и узнать больше? Приходите к нам в шоурум в Москве: Ярославская ул., 8к7, подъезд LUMINOFOR
Источник: dzen.ru