Люминесцентный анализ - Шлезингер М.А.
Скачать (прямая ссылка):
28
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ РАСТВОРОВ [ГЛ II
3. Правило зеркальной симметрии
В результате работ последних десятилетий установлены следующие закономерности, характеризующие свойства флуоресцентного излучения.
Распределение энергии в спектре флуоресценции вещества в растворах во многих случаях (но не всегда) не зависит от длины волны возбуж-х дающего света, т. е., ины-
ми словами, спектр наблюдаемой флуоресценции ос-1 тается тем же, независимо от того, светом какой частоты мы его возбуждаем. Например, раствор флуо-ресцеина светится одинаково при его освещении как ультрафиолетовым, так и синим светом, разумеется, при условии, что длины волн света, возбуждающего свечение, лежат в области поглощения раствора*) (рис. 11).
Для многих веществ, например красителей типа флуоресцеина, спектр абсорбции и спектр флуоресценции зеркально симметричны (правило Левшина) [2]. Это видно из сопоставления кривых, приведенных на рис. 12, заимствованных из работы В. JI. Левшина [2]. Если два вещества флуоресцируют в.
Рис. 11. Спектр флуоресценции раствора флуоресцеина;
спектр (пунктирная кривая Ф) остается неизменным независимо от того, возбуждать ли его ультрафиолетовым светом (полоса абсорбции а) или видимым светом (полоса абсорбции а'); К-коэффициент поглощения в относительных единицах.
П А 80 S00 S20 SW S60 S80 600 ?20 № S50 v-!Q~,2ei
Рис. 12. Зеркальная симметрия спектров абсорбции (А) и флуоресценции (Ф) родамина 6Ж.
одинаковой области длин волн, то отсюда еще не следует, что спектры их флуоресценции тождественны. Уже указывалось, что для характеристики как флуоресцентного, так и всякого иного излучения существенным является не только интервал длин волн, в котором лежит его спектр, но и соотношение интенсивностей свечения при разных длинах
*) Если длина волны возбуждающего света лежит в области длин волн самого спектра излучения, то в спектре флуоресценции наблюдается некоторая деформация в той его части, для которой длина волны возбуждающего света больше длины волны излучения, в так называемой антистоксовой области спектра.
ВЫХОД ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ. ЗАКОН ВАВИЛОВА
29
волн, т. е. форма кривой излучения. Сказанное, разумеется, справедливо и в отношении спектров абсорбции. Для получения этой характеристики флоуресценции (или абсорбции) вещества наносят, как мы видели, на оси абсцисс длины волн или частоты колебаний, а на оси ординат-соответствующие интенсивности флуоресценции (или абсорбции) *).
Зеркальная симметрия спектров абсорбции и флуоресценции интересна с теоретической точки зрения, поскольку она отображает сходство законов распределения в обеих системах энергетических уровней - нижних (т. е. уровней невозбужденной молекулы) и верхних (т. е. уровней после поглощения молекулой светового кванта).
Правило Стокса устанавливает, как мы видели, связь между спектрами поглощения и флуоресценции веществ в растворе. Правило •симметрии конкретизирует эту связь, однако оно справедливо только в отношении тех веществ, молекулы которых обладают сходным -строением верхних и нижних энергетических уровней; описаны вещества, симметрия спектров которых носит только качественный характер; известны и такие случаи, когда симметрия отсутствует почти полностью.
4. Выход люминесценции. Закон Вавилова
Значительную ясность в понимание явления флуоресценции вносит установленный С. И. Вавиловым закон, согласно которому квантовый выход флуоресценции не зависит от длины волны возбуждающего света вплоть до некоторой предельной длины волны к0 [3] . Квантовым выходом люминесценции называется отношение числа излученных квантов к числу поглощенных. Энергетическим выходом называется отношение излученной энергии к энергии поглощенной. Если возбуждать свечение, например, флуоресцеина ультрафиолетовым светом или видимым светом различной длины волны, то независимо от того, светом какой длины волны мы в каждом отдельном случае возбуждаем флуоресценцию, остаются неизменными не только спектр флуоресценции (на это уже указывалось), но в известном интервале длин волн и квантовый выход. .
Независимость квантового выхода от длины волны возбуждающего света одновременно означает, что энергетический выход растет пропорционально длине волны возбуждающего света. В самом деле, энергия кванта
обратно пропорциональна длине волны (^е = hv = и таким образом
с увеличением длины волны возбуждающего света падает энергия поглощенного кванта и, следовательно, энергетический выход растет.
Согласно Вавилову, для каждого вещества характерна некоторая предельная длина волны Я0, за которой начинается резкое спадание выхода, т. е., иными словами, если возбуждать свечение светом длины волны, большей Х0, то доля молекул, отдающих в виде флуоресцентного излучения энергию поглощенных ими световых лучей, резко снижается. На рис. 13 приведена экспериментально полученная кривая С. И. Вавилова (сплошная линия); по оси абсцисс нанесены длины волн света, которым возбуждалась флуоресценция в каждом отдельном опыте, по оси ординат
*) Так, на рис. 10 и 12 (данные Левшина), по оси абсцисс нанесены частоты, по оси ординат для правых кривых отложены значения показателя поглощения, а для левых-интенсивности флуоресценции соответствующей частоты, деленные на эту частоту, т. е. величины, пропорциональные числу испускаемых квантов данной длины волны. Максимумы обеих кривых условно отложены как равные. Аналогичные кривые даны Левшиным для ряда других красителей.
