Fluoreszcencia

A fluoreszcencia vagy fluoreszcencia  egy fizikai folyamat, egyfajta lumineszcencia . Fluoreszcenciának szokták nevezni egy gerjesztett állapot sugárzási átmenetét a legalacsonyabb S 1 szingulett rezgésszintről az S 0 alapállapotba [1] . Általános esetben a fluoreszcencia egy spin-megengedett sugárzási átmenet két azonos multiplicitású állapot között: a szingulett szintek vagy a triplett szintek között . Egy ilyen gerjesztett állapot tipikus élettartama 10 −11 −10 −6 s [2] .

A fluoreszcenciát meg kell különböztetni a foszforeszcenciától  , amely egy spin-tilos sugárzási átmenet két eltérő multiplicitású állapot között. Például egy T 1 gerjesztett triplett állapot sugárzási átmenete az S 0 alapállapotba . A szinglet-triplet átmenetek kvantummechanikai tiltással rendelkeznek, így a gerjesztett állapot élettartama a foszforeszcencia során körülbelül 10 −3 −10 −2 s [3] .

A kifejezés eredete

A "fluoreszcencia" kifejezés a fluorit ásvány nevéből származik , amelyben először felfedezték, és lat. -escent  egy utótag, jelentése gyenge cselekvés.  

Tanulmánytörténet

A kininvegyületek fluoreszcenciáját először George Stokes fizikus figyelte meg 1852-ben.

Elméleti alapok

A kvantumkémia fogalmai szerint az atomokban az elektronok energiaszinteken helyezkednek el . Az energiaszintek közötti távolság egy molekulában a szerkezetétől függ. Ha egy anyagot fénnyel besugároznak, lehetséges az elektronok átmenete a különböző energiaszintek között. Az elnyelt fény energiaszintjei és rezgési frekvenciája közötti energiakülönbséget az egyenlet (Bohr II. posztulátuma) kapcsolja össze:

A fény elnyelése után a rendszer által kapott energia egy része a relaxáció eredményeként költ el . Egy rész egy bizonyos energiájú foton formájában kibocsátható [4] .

Az abszorpciós és a fluoreszcencia spektrumok közötti összefüggés

A fluoreszcencia spektrum az abszorpciós spektrumhoz képest hosszú hullámhosszok felé tolódik el. Ezt a jelenséget " Stokes-eltolódásnak " nevezték. Ennek oka a nem sugárzó relaxációs folyamatok. Ennek eredményeként az elnyelt foton energiájának egy része elvész, és a kibocsátott foton energiája kisebb, és ennek megfelelően hosszabb a hullámhossza [5] [6] .

A fénykibocsátási és -elnyelési folyamatok sematikus ábrázolása. Yablonsky diagramja

Sematikusan a fényelnyelés és a fluoreszcencia folyamatait a Yablonsky diagram mutatja.

Normál körülmények között a legtöbb molekula alapelektronikus állapotban van . Amikor a fény elnyelődik, a molekula gerjesztett állapotba kerül . A legmagasabb elektronikus és vibrációs szintre gerjesztve a felesleges energia gyorsan elfogy, és a fluorofor az állapot legalacsonyabb rezgési alszintjére kerül . Vannak azonban kivételek: például az azulén fluoreszcenciája az állapotból és állapotból egyaránt előfordulhat.

Fluoreszcencia kvantumhozam

A fluoreszcencia kvantumhozama mutatja, mennyire hatékony ez a folyamat. Ezt a kibocsátott és elnyelt fotonok számának arányaként határozzuk meg. A fluoreszcencia kvantumhozama a képletből számítható ki

ahol  a fluoreszcencia eredményeként kibocsátott fotonok száma, és  az elnyelt fotonok teljes száma. Minél nagyobb egy fluorofor kvantumhozama , annál intenzívebb a fluoreszcenciája. A kvantumhozam az egyszerűsített Yablonsky-diagram [7] segítségével is meghatározható , ahol és  a gerjesztett állapot sugárzó és nem sugárzó dezaktiválásának sebességi állandói.

Ekkor a fluoroforok töredéke, amely egy foton kibocsátásával visszatér az alapállapotba, és ebből a kvantumhozam:

Az utolsó képletből következik, hogy ha , vagyis ha a nem sugárzó átmenet sebessége sokkal kisebb, mint a sugárzási átmenet sebessége. Vegye figyelembe, hogy a kvantumhozam mindig kisebb, mint egység a Stokes - veszteségek miatt.

Fluoreszcens vegyületek

Számos szerves anyag képes fluoreszcenciára, általában konjugált π-kötések rendszerét tartalmazzák. A legismertebbek a kinin , metilzöld, metilkék, fenolvörös, kristályibolya, briliánskék krizol, POPOP, fluoreszcein , eozin , akridinfestékek (akridinnarancs, akridinsárga), rodaminok (rodamin 6G, rodamin B), nílusi vörös és sok más.

Alkalmazás

Festékgyártásban és textilfestésben

Fluoreszkáló pigmenteket adnak a festékekhez , filctollakhoz , valamint textíliák , háztartási cikkek, ékszerek stb. festésekor, hogy különösen élénk ("sikító", "savas") színeket kapjanak megnövelt spektrális albedóval a kívánt hullámhossz-tartományban , néha meghaladja a 100 %-ot. Ez a hatás annak köszönhető, hogy a fluoreszcens pigmentek a természetes fényben és számos mesterséges forrás fényében lévő ultraibolya sugárzást (sárga és vörös pigmenteknél a látható spektrum rövid hullámhosszú részét) a kívánt sugárzássá alakítják. tartományban, intenzívebbé téve a színt. A fluoreszkáló textilpigmentek különleges fajtája az optikai kék , amely az ultraibolya fényt kék sugárzássá alakítja, ami kompenzálja a szövet természetes sárgás árnyalatát, ezáltal a ruhák és az ágyneműk hófehér színét érik el . Az optikai kéket szövetek gyári festésére és mosás közbeni színfrissítésre , mosóporokban egyaránt használják . Hasonló pigmenteket sokféle papír előállításához használnak, beleértve a mindennapi irodai használatra szánt papírt is. Ebben a kék pigmenttartalom általában a legmagasabb.

A fluoreszkáló színeket a " fekete fénnyel " kombinálva gyakran használják diszkók és éjszakai klubok kialakításában . A tetoválófestékekben fluoreszkáló pigmentek használatát is gyakorolják .

Technológiában

Fluoreszkáló adalékokat gyakran adnak a műszaki folyadékokhoz, például fagyállóhoz , hogy könnyebben megtalálják a szivárgást az egységből. Ultraibolya fényben az ilyen folyadék foltjai nagyon jól láthatóvá válnak. .

A közművekben a fluoreszceint a tömítettség ellenőrzésére és a hűtőfolyadék szivárgásának felkutatására használják a fűtési hálózatokban, beleértve az ipari víz bejutását az ivóvízellátó rendszerbe [8] [9] [10] [11] .

A biológiában és az orvostudományban

A biokémiában és a molekuláris biológiában fluoreszcens szondákat és festékeket használtak a biológiai rendszerek egyes összetevőinek megjelenítésére. Például az eozinofileket (vérsejteket ) azért nevezték így, mert affinitásuk van az eozinhoz , így könnyen meg lehet számolni a vérvizsgálat során .

A járványtan és a kommunális higiénia területén a fluoreszcein felhasználható a víz terjedésével járó bélfertőzések epidemiológiai vizsgálataiban , nevezetesen tározók , víztartó rétegek , ivóvízellátó rendszerek szennyeződési helyek felkutatására a csatornák , szeptikus tartályok tartalmának kiszivárgásával . és csatornarendszerek beléjük [12] .

Lézerek

A nagy kvantumhozamú és jó fotorezisztenciájú fluoroforok aktív közegkomponensként használhatók festéklézerekben.

A törvényszéki vizsgálatban

Külön fluoreszkáló anyagokat használnak fel az operatív-kutatási tevékenységben (pénz, egyéb tárgyak feljegyzésére a vesztegetés, zsarolás tényállásának dokumentálása során. Vegyi csapdákban is használhatók).

Hidrológiában és ökológiában

A fluoreszceint 1877-ben használták annak bizonyítására, hogy a Duna és a Rajna folyókat földalatti csatornák kötik össze. [13] . A festéket a Duna vizébe juttatták, majd néhány órával később jellegzetes zöld fluoreszcenciát találtak a Rajnába ömlő kis folyóban. Manapság a fluoreszceint speciális markerként is használják, amely megkönnyíti a lezuhant pilóták keresését az óceánban. Ehhez egyszerűen eltörik a festékkel ellátott ampullát, amely vízben oldva jól látható, nagy méretű zöld foltot képez. A fluoroforok a környezetszennyezés elemzésére is használhatók (olajszivárgások (olajfilmek) észlelése a tengerekben és óceánokban).

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Joseph R. Lakowicz. A fluoreszcencia spektroszkópia alapelvei . — 3. kiadás. - New York: Springer, 2006. - xxvi, 954 oldal p. - ISBN 978-0-387-31278-1 , 0-387-31278-1.
  2. ↑ http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf . 2. sz. előadás A lumineszcencia alapjai (folytatás). . Letöltve: 2020. január 7. Az eredetiből archiválva : 2020. január 10.
  3. ↑ Alapfogalmak és jelentések a fluoreszcens mikroszkópban . stormoff.ru. Letöltve: 2020. január 7. Az eredetiből archiválva : 2019. november 18.
  4. ↑ Molekuláris expressziós mikroszkópos alapozó: speciális mikroszkópos technikák - Fluoreszcencia - A fluoreszcencia alapfogalmai . micro.magnet.fsu.edu. Letöltve: 2020. január 7. Az eredetiből archiválva : 2020. január 18.
  5. ↑ Stokes eltolódás az oldatokban és gázokban. Az emissziós spektrum függetlensége az abszorpciós hullámhossztól. A tükörszimmetria szabálya és kivételei. . Letöltve: 2009. szeptember 11. Az eredetiből archiválva : 2009. december 25..
  6. ↑ Molekuláris kifejezések: Tudomány, Optika és Ön: Fény és szín – A látható fény forrásai . micro.magnet.fsu.edu. Letöltve: 2020. január 7. Az eredetiből archiválva : 2019. március 11.
  7. ↑ Joseph R. Lakowicz. A fluoreszcencia spektroszkópia alapelvei / RJ Lakowicz. -NY: Springer Science, 2006. - 960 p.
  8. ↑ Az Orosz Föderáció Gosstroy 2000. december 13-i 285. számú rendelete „A nyilvános hőellátó rendszerek hőhálózatainak műszaki üzemeltetésére vonatkozó szabványos utasítások jóváhagyásáról” A Wayback Machine 2022. január 25-i archív példánya // 6.134.
  9. ↑ A mérgező zöld folyó megijesztette a Novgorodians archív példányát , 2022. január 25-én a Wayback Machine -nél // 2014.10.01. Rossiyskaya Gazeta.
  10. ↑ Kazany három kerületében zöldellhet a víz
  11. ↑ A festék szivárgásokat fog észlelni Izhevsk fűtési hálózataiban A Wayback Machine 2020. január 5-i archív példánya // 2018.02.16.
  12. ↑ Khotko N. I., Dmitriev A. P. Vízfaktor a fertőzések átvitelében // Penza: PGU , 2002. - 232 p. UDC 616,9 - 036,2. - S. 50, 114-115, 190-191.
  13. ↑ Berlin IB. 1971. Handbook of fluorescence spectra of aromás molekulák, 2. kiadás. Academic Press, New York.

Irodalom

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
 Ásványok és kőzetek ragyogása, színe és ragyogása
Ragyog
Ragyog
Tisztaság
Szín
Kategória