Флюоресценція

Флуоресценція уранового скла в ультрафіолеті.

Аескулін

Флуоресце́нція або флюоресце́нція — короткотривала (від пікосекунд до мілісекунд) люмінесценція. Виникає внаслідок: опромінення речовини світлом, йонізуючим промінням, проходження крізь неї електричного струму, при хімічних реакціях, механічному впливі тощо.

Назва походить від мінералу флюориту.

Протилежне (довготривала люмінесценція) — Фосфоресценція.

Види

За механізмом розрізняють такі різновиди флуоресценції: резонансну, спонтанну, вимушену та рекомбінаційну. За типом збудження розрізняють фотолюмінесценцію, рентгенолюмінесценцію, катодолюмінесценцію, хемолюмінесценцію, кріолюмінесценцію, електролюмінесценцію, триболюмінесценцію та ін.

Застосування

Оптичні відбілювачі

Сучасний «офісний» папір набагато біліший за свого радянського попередника завдяки додаванню речовин, що поглинають в УФ діапазоні, а випромінюють в фіолетово-блакитному, створюючи оптичне доповнення до натурального жовтуватого кольору паперу.

Біологічні дослідження

Флуоресценція знайшла широке застосування у прикладних біологічних дослідженнях.

Сенсибілізована флюоресценція

Флуоресценція молекул або атомів, які енергію збудження отримали від інших молекул чи атомів, збуджених внаслідок абсорбції фотона (англ. sensitized fluorescence).

Органічні флуорофори

Родамін, Флуоресцеїн

Фізичні основи

• Діаграма Яблонського описує перетворення системи під час флуоресценції.
• Квантовий вихід — ефективність перетворення збудження на випромінювання зазвичай залежить від часу життя збудженого стану.

$\Phi ={\frac {N_{em}}{N_{ex}}}$,

де N_ex — кількість збуджених молекул, а N_em — кількість випромінених фотонів.

Добрі флуорофори (наприклад, родамін) мають квантовий вихід, близький до одиниці (100 %). Напряму виміряти кількість збуджених молекул надзвичайно важко. В лабораторній практиці вимірюють квантовий вихід відносно стандарту. Для цього вимірюють в однакових умовах флуоресценцію та поглинання досліджуваної речовини та стандарту, а обчислення проводять за формулою:

$\Phi =\Phi _{s}{\frac {I}{A}}{\frac {A_{s}}{I_{s}}}$,

де I — інтегральна інтенсивність флуоресценції досліджуваної речовини в усьому спектральному діапазону, А — поглинання (абсорбція) світла на довжині хвилі збудження. I_s та А_s — те ж саме, тільки для стандарту. Ф_s — квантовий вихід стандарту. Необхідні умови застосовності цієї формули: поглинається не надто велика частка світла (А, А_s < 0.1), спектри випромінювання (емісії) досліджуваної речовини та стандарта близькі за діапазоном (відхилення до 50 нм). Типовими стандартами є: хінін-сульфат, ароматичні вуглеводні, лужний розчин флуоресцеїну, родамін.

Стоксів зсув

• Різниця між довжиною хвилі поглинутого та випроміненого фотонів. Коливається в межах 20-100 нм для більшості органічних флуорофорів.

Час життя збудженого стану

При флуоресценції емісія фотона відбувається завдяки переходу S₁→S₀. Такий процес проходить за час порядку наносекунд — пікосекунд (10⁻⁹−10⁻¹² с). Час життя збудженого стану пов'язаний із квантовим виходом: невипромінювальна деактивація флуорофора зменшує квантовий вихід пропорційно зменшенню часу життя збудженого стану.

$\Phi ={\frac {k_{f}}{k_{f}+k_{n}}}$

Де k_f — швидкість випромінювального переходу k_n — сумарна швидкість невипромінювальних переходів.

Вимірювання часу життя збудженого стану використовується для виділення різних популяцій флуорофорів, що різняться по оточенню. Також на її основі розроблено мікроскопічні методи (англ. Fluorescence-lifetime imaging microscopy, FLIM).

Вихід флуоресценції

Для даного збудженого стану певного атома — відношення числа збуджених атомів, які випускають фотон, до загального числа збуджених станів.

Кінетика флуоресценції в твердій фазі

У твердій фазі у відсутності індуктивно-резонансного переносу енергії гасіння флуоресценції (зменшення її нтенсивності І в порівнянні з початковою інтенсивністю І₀) в присутності речовини Q описується рівнянням:

I = I₀ exp(– t/τ – a³π [Q](lnνt)³10²⁰ ),

де τ — час гасіння флуоресценції, a — параметр, що характеризує хвильову функцію електрона, ν — частотний фактор

Див. також

Квантовий вихід Реакції в збудженому стані Ексимер Кріолюмінесценція Фотолюмінесценція Рентгенолюмінесценція Катодолюмінесценція Люмінесценція Сонолюмінесценція Сповільнена флуоресценція Спектр флуоресценції

Хемолюмінесценція Електролюмінесценція Триболюмінесценція Фосфоресценція Біолюмінесценція Електрофосфоресценція Хемілюмінесценція Флуориметрія Флуоресценція у біологічних дослідженнях Флюоресценція мінералів Ефект Каутського

Література

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с. (С.?)

Посилання

• ФЛУОРЕСЦЕНЦІЯ //Фармацевтична енциклопедія
• Флюоресценція // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Теза, 2006.
• What is fluorescence?
• Fluorophores.org^{[недоступне посилання з листопадаа 2019]}, the database of fluorescent dyes