Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
Вынужденная люминесценция характерна для сложных органических молекул, находящихся при низкой температуре или в жестких средах. В этом случае при возбуждении молекула пере-ходит из состояния S0 в возбужденные состояния S2* и S,*, затем безызлучательным путем — в Т (триплетное), переход из которого в S0 запрещен правилами отбора. За счет внутренней колебательной энергии или сообщенной извне тепловой энергии осуществляется переход в основное состояние с испусканием кванта люминесценции.
Спонтанный и вынужденный типы излучения наиболее характерны для молекулярных систем и поэтому их называют молекулярной люминесценцией.
Рекомбинационная люминесценция наблюдается у газов и сложных неорганических кристаллов в случае рекомбинации радикалов или ионов с образованием их возбужденных молекул.
Спектром люминесценции вещества называют зависимость интенсивности люминесценции от длины волны (частоты) измеряемого света. Спектр возбуждения люминесценции — это зависимость интенсивности люминесценции от длины волны возбуждающего света.
Теоретически спектры возбуждения люминесценции молекул должны быть идентичны по форме их спектрам поглощения и не зависеть от длины волны измерения флуоресценции. Однако
чаще всего на практике эти спектры отличаются вследствие различий физико-химических свойств молекул в основном и возбужденном состояниях. Например, в возбужденном состоянии могут изменяться геометрические параметры, межатомные расстояния и, следовательно, дипольные моменты молекул, степень диссоциации последних. Для устранения кажущихся различий между спектрами поглощения и возбуждения необходимо соблюдение следующих условий: а) одинаковой интенсивности возбуждающего света во всем диапазоне частот; б) отсутствие вторичного поглощения исследуемого излучения.
Форма спектра люминесценции (правило Каши) и квантовый выход (закон Вавилова) не зависят от длины волны возбуждающего света. Это обусловлено тем, что при поглощении больших квантов возбуждающего света происходит переход молекул из основного состояния S0 в возбужденные S2*, S,*, однако излуча-тельный переход осуществляется только из состояния (люминесценция), а переходы S2* —> Sx*, S3* —> Sx* происходят безызлуча-тельно.
Согласно правилу Стокса частоты возбуждающего света всегда больше или равны частотам люминесценции: т. е.
одна часть поглощаемой молекулой энергии идет на возбуждение люминесценции, а другая расходуется на увеличение ее колебательной энергии и развитие безызлучательных переходов. Однако строгое выполнение правила Стокса наблюдается у атомов и простых молекул в газовой фазе. Спектры поглощения и люминесценции молекул могут перекрываться, т.е. значения частот переходов между электронными уровнями при поглощении могут быть меньше, чем при испускании. Следовательно, наблюдается нарушение правила Стокса. Часть спектра люминесценции, где выполняется правило Стокса, называется стоксовой областью, а где оно нарушается — антистоксовой. Поэтому это правило характеризует одиночный акт поглощения и испускания света молекулой.
В соответствии с законом Стокса—Ломмеля спектр излучения и его максимум всегда сдвинуты по сравнению со спектром поглощения и его максимумом в сторону более длинных волн:
Jyy ЛЮМ ^ TU-y погл макс макс
Этот закон носит статистический характер и описывает поглощательные и излучательные свойства совокупности молекул
исследуемого образца. Поэтому образование антистоксовой области спектра люминесценции не противоречит закону сохранения энергии: колебательная энергия молекул частично преобразуется в энергию их люминесценции, что удовлетворяет условию: hv > hv
Л ЮМ погл
Закон Стокса—Ломмеля является качественным выражением правила зеркальной симметрии спектров поглощения и люминесценции Левшина, которое гласит: спектры поглощения и люминесценции зеркально симметричны относительно прямой, проходящей перпендикулярно к оси частот (длин волн) через точку пересечения спектров.
Эффективность процесса превращения энергии возбуждающего света в энергию люминесценции характеризуется квантовым выходом люминесценции. Это отношение числа высвеченных квантов люминесценции к числу поглощенных квантов возбуждающего света.
Молекулы люминесцирующих веществ оптически анизотропны, поэтому люминесцентное излучение каждой молекулы частично поляризовано. Если анизотропные молекулы ориентированы хаотично, то вещество в целом становится изотропным, а его люминесценция — неполяризованной. При возбуждении вещества линейно-поляризованным светом его поглощение осуществляется молекулами, у которых поглощающий осциллятор параллелен электрическому вектору падающего света. Поэтому поглощение полностью отсутствует у молекул, поглощающий осциллятор которых перпендикулярен электрическому вектору возбуждающего света. В этом случае измеряют поляризационные спектры флуоресценции — зависимость степени поляризации флуоресценции объекта от длины волны возбуждающего света (поляризационные спектры по поглощению) или длины волны регистрации при фиксированной длине волны возбуждения (поляризационные спектры по испусканию).
