Fluoresenssi

Fluoresenssi tai fluoresenssi  on fysikaalinen prosessi, eräänlainen luminesenssi . Fluoresenssiksi kutsutaan yleensä virittyneen tilan säteilysiirtymää alimmalta singlettivärähtelytasolta S 1 perustilaan S 0 [1] . Yleisessä tapauksessa fluoresenssi on spin-sallittu säteilysiirtymä kahden saman monikertaisuuden tilan välillä: singlettitasojen tai triplettitasojen välillä . Tällaisen virittyneen tilan tyypillinen elinikä on 10 −11 −10 −6 s [2] .

Fluoresenssi tulee erottaa fosforesenssista  , spin-kielletystä säteilysiirtymästä kahden erilaisen moninkertaisuuden tilan välillä. Esimerkiksi viritetyn triplettitilan T1 säteilysiirtymä perustilaan S 0 . Singletti-triplettisiirtymillä on kvanttimekaaninen kielto, joten virittyneen tilan elinikä fosforesenssin aikana on noin 10 −3 −10 −2 s [3] .

Termin alkuperä

Termi "fluoresenssi" tulee fluoriitin mineraalin nimestä , josta se löydettiin ensimmäisen kerran, ja lat. -escent  on jälkiliite, joka tarkoittaa heikkoa toimintaa.  

Opiskeluhistoria

Kiniiniyhdisteiden fluoresenssin havaitsi ensimmäisen kerran fyysikko George Stokes vuonna 1852.

Teoreettiset perusteet

Kvanttikemian käsitteiden mukaan atomien elektronit sijaitsevat energiatasoilla . Molekyylin energiatasojen välinen etäisyys riippuu molekyylin rakenteesta. Kun ainetta säteilytetään valolla, elektronien siirtyminen eri energiatasojen välillä on mahdollista. Energiatasojen välinen energiaero ja absorboituneen valon värähtelytaajuudet liittyvät toisiinsa yhtälön avulla (Bohrin postulaatti II):

Valon absorption jälkeen osa järjestelmän vastaanottamasta energiasta kuluu rentoutumisen seurauksena . Osa voi säteillä tietyn energian fotonin muodossa [4] .

Absorptio- ja fluoresenssispektrien välinen korrelaatio

Fluoresenssispektri siirtyy suhteessa absorptiospektriin pitkiä aallonpituuksia kohti. Tätä ilmiötä on kutsuttu " Stokes-siirtymäksi ". Sen syynä ovat ei-säteilylliset rentoutumisprosessit. Tämän seurauksena osa absorboituneen fotonin energiasta menetetään ja emittoituneen fotonin energia on pienempi ja vastaavasti pidempi aallonpituus [5] [6] .

Kaavioesitys valon emissio- ja absorptioprosesseista. Yablonskyn kaavio

Kaavamaisesti valon absorption ja fluoresenssin prosessit on esitetty Yablonsky-kaaviossa.

Normaaleissa olosuhteissa useimmat molekyylit ovat peruselektroniikkatilassa . Kun valo imeytyy, molekyyli menee virittyneeseen tilaan . Kun se viritetään korkeimmalle elektroniikka- ja värähtelytasolle, ylimääräinen energia kuluu nopeasti, jolloin fluorofori siirtyy tilan alimmalle värähtelyn alatasolle . Poikkeuksia kuitenkin on: esimerkiksi atsuleenin fluoresenssi voi tapahtua sekä tilasta että sieltä pois .

Fluoresenssikvanttituotto

Fluoresenssin kvanttisaanto osoittaa, kuinka tehokas tämä prosessi on. Se määritellään emittoituneiden ja absorboituneiden fotonien lukumäärän suhteena. Fluoresenssikvanttisaanto voidaan laskea kaavasta

missä  on fluoresenssin seurauksena  emittoineiden fotonien lukumäärä ja absorboituneiden fotonien kokonaismäärä. Mitä suurempi fluoroforin kvanttisaanto on , sitä voimakkaampi sen fluoresenssi on. Kvanttituotto voidaan määrittää myös käyttämällä yksinkertaistettua Yablonsky-diagrammia [7] , jossa ja  ovat virittyneen tilan radiatiivisen ja ei-säteilyn deaktivoinnin nopeusvakiot.

Sitten fluoroforien osuus, joka palaa perustilaan fotonin emission kanssa ja siten kvanttisaanto:

Viimeisestä kaavasta seuraa, että jos , eli jos ei-säteilyn siirtymän nopeus on paljon pienempi kuin säteilevän siirtymän nopeus. Huomaa, että kvanttituotto on aina pienempi kuin yksikkö Stokes - häviöiden vuoksi.

Fluoresoivat yhdisteet

Monet orgaaniset aineet pystyvät fluoresoimaan ja sisältävät yleensä konjugoitujen π-sidosten järjestelmän. Tunnetuimpia ovat kiniini , metyylivihreä, metyylisininen, fenolinpunainen, kristallivioletti, briljanttisininen krisoli, POPOP, fluoreseiini , eosiini , akridiinivärit (akridiinioranssi, akridiininkeltainen), rodamiinit (rodamiini 6G, rodamiini B), niilinpunainen ja monet muut.

Sovellus

Maalien valmistuksessa ja tekstiilien värjäyksessä

Fluoresoivia pigmenttejä lisätään maaleihin , huopakynään sekä tekstiilien , taloustavaroiden, korujen jne. värjäykseen erityisen kirkkaiden ("huuto", "hapan") värien saamiseksi halutulla aallonpituusalueella lisääntyneellä spektralbedolla . , joskus yli 100 %. Tämä vaikutus saavutetaan, koska fluoresoivat pigmentit muuttavat luonnonvalossa ja monien keinotekoisten lähteiden valossa (ja keltaisilla ja punaisilla pigmenteillä näkyvän spektrin lyhyen aallonpituisen osan) olevan ultraviolettisäteilyn haluttuun säteilyyn. valikoima, mikä tekee väristä voimakkaamman. Erityinen fluoresoivien tekstiilipigmenttien laji on optinen sininen , joka muuntaa ultraviolettivalon siniseksi säteilyksi, joka kompensoi kankaan luonnollisen kellertävän sävyn ja saa näin aikaan vaatteiden ja liinavaatteiden lumivalkoisen värin vaikutuksen . Optista sinistä käytetään sekä kankaiden tehdasvärjäykseen että värin virkistykseen pesun aikana , pesujauheissa . Samanlaisia ​​pigmenttejä käytetään monentyyppisten paperien valmistuksessa, mukaan lukien jokapäiväiseen toimistokäyttöön tarkoitettu paperi . Siinä pigmentin pitoisuus sinisen kanssa on yleensä korkein.

Fluoresoivia värejä yhdistettynä " mustaan ​​valoon " käytetään usein diskojen ja yökerhojen suunnittelussa . Myös fluoresoivien pigmenttien käyttöä tatuointimusteissa harjoitellaan .

Tekniikassa

Fluoresoivia lisäaineita lisätään usein teknisiin nesteisiin, kuten jäätymisenestoaineeseen , jotta yksiköstä on helpompi löytää vuotoja. Ultraviolettivalossa tällaisen nesteen tahrat tulevat erittäin selvästi näkyviin. .

Julkisissa laitoksissa fluoreseiinia käytetään lämmitysverkostojen tiiviyden tarkistamiseen ja jäähdytysnestevuotojen etsimiseen, mukaan lukien teollisuusveden pääsy siitä juomavesijärjestelmään [8] [9] [10] [11] .

Biologiassa ja lääketieteessä

Biokemiassa ja molekyylibiologiassa fluoresoivia koettimia ja väriaineita on käytetty visualisoimaan biologisten järjestelmien yksittäisiä komponentteja. Esimerkiksi eosinofiilit ( verisolut ) on nimetty niin, koska niillä on affiniteetti eosiiniin , mikä helpottaa laskemista verikokeessa .

Epidemiologiassa ja yhdyskuntahygieniassa fluoreseiinia voidaan käyttää epidemiologisissa tutkimuksissa vesivälitteisten suolistoinfektioiden tapausten epidemiologisissa tutkimuksissa , nimittäin vesisäiliöiden , pohjavesien , juomavesijärjestelmien pilaantumispaikkojen etsimisessä vesialtaiden , saostussäiliöiden , ja viemärijärjestelmät niihin [12] .

Laserit

Fluoroforeja, joilla on korkea kvanttisaanto ja hyvä valonkestävyys, voidaan käyttää aktiivisina väliainekomponentteina värilasereissa.

Oikeuslääketieteessä

Erillisiä fluoresoivia aineita käytetään operatiivisessa etsintätoiminnassa (rahojen, muiden esineiden muistiinpanojen tekemiseen lahjonnan ja kiristyksen tosiasioiden dokumentoinnin yhteydessä. Niitä voidaan käyttää myös kemiallisissa ansoissa).

Hydrologiassa ja ekologiassa

Fluoreskeiiniä käytettiin vuonna 1877 todistamaan, että Tonava ja Rein olivat yhteydessä toisiinsa maanalaisten kanavien kautta. [13] . Väriaine johdettiin Tonavan vesiin, ja muutama tunti myöhemmin pienestä Reiniin virtaavasta joesta havaittiin tyypillinen vihreä fluoresenssi. Nykyään fluoreseiinia käytetään myös erityisenä merkkiaineena, joka helpottaa kaatuneiden lentäjien etsimistä valtamerestä. Tätä varten yksinkertaisesti rikotaan väriaineampulli, joka veteen liukeneessaan muodostaa selvästi näkyvän suuren vihreän täplän. Fluoroforeja voidaan käyttää myös ympäristön saastumisen analysointiin (öljyvuotojen (öljykalvojen) havaitsemiseen merissä ja valtamerissä).

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Joseph R. Lakowicz. Fluoresenssispektroskopian periaatteet . – 3. painos - New York: Springer, 2006. - xxvi, 954 sivua s. - 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 . Luento nro 2. Luminesenssin perusteet (jatkuu). . Haettu 7. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 10. tammikuuta 2020.
  3. ↑ Fluoresenssimikroskopian peruskäsitteet ja merkitykset . stormoff.ru. Haettu 7. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 18. marraskuuta 2019.
  4. ↑ Molecular Expressions Microscopy Primer: Erikoistuneet mikroskopiatekniikat - Fluoresenssi - Fluoresenssin peruskäsitteet . micro.magnet.fsu.edu. Haettu 7. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 18. tammikuuta 2020.
  5. ↑ Stokes siirtyy liuoksissa ja kaasuissa. Emissiospektrin riippumattomuus absorptioaallonpituudesta. Peilisymmetrian sääntö ja poikkeukset siitä. . Haettu 11. syyskuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 25. joulukuuta 2009.
  6. ↑ Molekyylilausekkeet: tiede, optiikka ja sinä: valo ja väri - näkyvän valon lähteet . micro.magnet.fsu.edu. Haettu 7. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 11. maaliskuuta 2019.
  7. ↑ Joseph R. Lakowicz. Fluoresenssispektroskopian periaatteet / RJ Lakowicz. -NY: Springer Science, 2006. - 960 s.
  8. ↑ Venäjän federaation Gosstroyn määräys 13. joulukuuta 2000 nro 285 "Yleisten lämmönjakelujärjestelmien lämpöverkkojen teknisen käytön vakioohjeiden hyväksymisestä" Arkistokopio 25. tammikuuta 2022 Wayback Machinessa // kohta 6.134.
  9. ↑ Myrkyllinen vihreä joki pelotti Novgorodiansin arkistokopiota 25. tammikuuta 2022 Wayback Machinessa // 10.1.2014 Rossiyskaya Gazeta.
  10. ↑ Vesi voi muuttua vihreäksi Kazanin kolmella alueella
  11. ↑ Dye havaitsee vuodot Izhevskin lämmitysverkoissa. Arkistokopio 5.1.2020 Wayback Machinessa // 16.02.2018 Izhevskin hallinnon IAU:n verkkosivusto.
  12. ↑ Khotko N. I., Dmitriev A. P. Vesitekijä infektioiden leviämisessä // Penza: PGU , 2002. - 232 s. UDC 616,9 - 036,2. - S. 50, 114-115, 190-191.
  13. ↑ Berlin IB. 1971. Handbook of fluorescence spectra of aromaattisten molekyylien, 2. painos. Academic Press, New York.

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
 Mineraalien ja kivien kiiltoa, väriä ja hehkua
Paistaa
Paistaa
Puhtaus
Väri
Kategoria