Рассмотрение теоретических основ и основных закономерностей люминесценции. Изучение затухания флуоресценции, правила Стокса–Ломмеля, правила зеркальной симметрии и выхода люминесценции. Ознакомление с основами технической реализации данного метода.
Аннотация к работе
Люминесценция - излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела при данной температуре и имеющее длительность, значительно превышающую период световых волн. Видоманом и отделяет люминесценцию от равновесного теплового излучения. Вавиловым для того, чтобы отделить люминесценцию от других явлений вторичного свечения - отражения и рассеяния светла, а также от вынужденного испускания, тормозного излучения заряженных частиц. Наблюдение спектров флуоресценции атомов и простых неорганических молекул для непосредственного количественного определения элементов применяется сравнительно редко, хотя явление атомной флуоресценции наблюдали и тщательно изучали достаточно давно, начиная с классических работ Вуда и продолжавшихся до настоящего времени. Наблюдение характерных спектров люминесценции, принадлежащих атомам, ионам или простым молекулам в конденсированной фазе, возможно лишь в отдельных случаях.Наиболее рациональная классификация явлений люминесценции, основанная на характеристиках механизма элементарных процессов, была впервые предложена Вавиловым, различавшим спонтанные, вынужденные и рекомбинационные процессы люминесценции. Виды люминесценции: 1) Резонансная люминесценция (чаще называется резонансной флуоресценцией) наблюдается в атомных парах (ртути, натрия и др.) у некоторых простых молекул и, иногда, в более сложных системах. Этот вид свечения во всех случаях не должен относиться к люминесценции и должен называться резонансным рассеянием. 2) Спонтанная люминесценция включает переход (излучательный или, чаще, безызлучательный) на энергетический уровень, с которого происходит излучение. 3) Метастабильная или вынужденная люминесценция характеризуется происходящим после поглощения энергии переходом на метастабильный уровень и последующим переходом на уровень излучения в результате сообщения колебательной энергии (за счет внутренней энергии тела) или дополнительного кванта света, например инфракрасного.Свечение вещества, возникающее при переходе молекул из возбужденного состояния в основное, называют люминесценцией, а если возбуждение происходило за счет поглощения электромагнитного излучения в оптической области, то испускание излучения в процессе релаксации называют фотолюминесценцией. Поскольку наиболее заселенным является основное электронное состояние, а еще точнее - его нулевой колебательный уровень энергии, то при облучении наблюдаются полосы поглощения, связанные с переходами молекул с этого уровня на колебательные подуровни того или иного возбужденного электронного состояния, как это схематично показано на рисунке 1.1. Жирные горизонтальные линии, обозначающие электронные состояния, можно считать нулевыми колебательными уровнями, энергия которых включает сумму нулевых колебательных энергий по всем нормальным координатам, а остальные уровни (горизонтальные линии) соответствуют, как обычно, одному или нескольким отличным от нуля колебательным квантовым числам . Иными словами происходит колебательная релаксация, представляющая переход от неравновесного распределения по колебательным уровням, энергии в данном электронном состоянии к равновесному тепловому распределению. Флуоресценция наблюдается при переходе между состояниями, имеющими одинаковую мультиплетность, обычно между синглетными первым возбужденным и основным S1®S0.Стоксом было сформулировано правило, согласно которому свет люминесценции всегда имеет большую длину волны по сравнению со светом, применявшимся для возбуждения. Рассмотрение этих кривых показывает, что флуоресцеин наиболее сильно поглощает при длине волны около 490 ммк и является совершенно прозрачным для света с длинами волн больше 520 ммк. Кривая флуоресценции показывает, что яркость свечения наибольшая при длине волны около 520 ммк; интенсивность флуоресценции спадает как в сторону больших, так и в сторону меньших длин волн и свечение совершенно исчезает при длинах волн больше 600 ммк и меньше 490 ммк. Следует отметить, что в области длин волн 520-490 ммк оба спектра перекрываются: на этом небольшом участке длин волн вещество может и испускать и поглощать свет одной и той же длины волны.Распределение энергии в спектре флуоресценции вещества в растворах во многих случаях (но не всегда) не зависит от длины волны возбуждающего света, т. е., иными словами, спектр наблюдаемой флуоресценции остается тем же, независимо от того, светом какой частоты мы его возбуждаем. Левшиным правило зеркальной симметрии спектров поглощения и излучения, согласно которому спектры поглощения и люминесценции, изображенные в функции частот, оказываются зеркально-симметричными относительно прямой, проходящей перпендикулярно оси частот через точку пересечения обоих спектров. Правило Стокса устанавливает связь между спектрами поглощения и флуоресценции веществ в растворе. Если сопоставить прямой и обратный переходы между одними и теми же электронными состояниями, т.е., например, процессы поглощения S1-S0 и флуоресценции S1®S0 (рисунок 1.1), то легко видеть следующую характерную черту.
План
Содержание
Введение
1. Определение понятия люминесценции
1.1 Классификация явлений люминесценции
1.2 Теоретические основы люминесценции
1.3 Правило Стокса-Ломмеля
1.4 Правило зеркальной симметрии
1.5 Выход люминесценции
1.6 Виды люминесцентного анализа
2. Техника люминесцентной спектроскопии и ее практическое применение
2.1 Аппаратурное обеспечение люминесцентно-кинетических исследований