Люминесцентный анализ - Шлезингер М.А.
Скачать (прямая ссылка):
ГЛАВА VI
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИИ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
Обнаружение малых количеств вещества по его люминесценции связано с наблюдением свечения малых интенсивностей. Поэтому желательно знать условия, которые влияют на наблюдаемую яркость люминесценции. Эти сведения дадут возможность воспользоваться наиболее выгодными способами возбуждения и обнаружения люминесценции. Кроме того, при количественном люминесцентном анализе необходимо обеспечить такие условия опыта, при которых измерения интенсивности люминесценции дают возможность надежно определять концентрацию исследуемых веществ. Для этого надо знать, как связана наблюдаемая интенсивность с концентрацией и как она зависит от условий опыта.
Цель настоящей главы состоит не столько в том, чтобы дать готовые схемы различных опытов, сколько в изложении общих соображений, которыми следует руководствоваться при выборе экспериментальной методики для решения той или иной конкретной задачи, стоящей перед исследователем*).
1. Поглощение возбуждающего света
При фотолюминесценции свечение возникает за счет поглощаемой энергии возбуждающего света. Очевидно, что чем больше энергия, поглощаемая в единице объема люминесцирующего вещества, тем больше и интенсивность люминесценции этого объема. Возбуждающий свет различных длин волн поглощается веществом неодинаково. Зависимость показателя поглощения от длины волны падающего света дается спектром поглощения (главы I и II). Поэтому для получения наиболее выгодных условий фотовозбуждения желательно знать спектр поглощения исследуемого вещества. Например, рассмотрение спектра поглощения раствора флуоресцеина (рис. 10) показывает, что обычно применяемое возбуждение люминесценции светом ртутной линии с длиной волны 366 ммк для этого вещества не очень выгодно. Более эффективным было бы возбуждение синим светом**).
Сведения о спектрах поглощения различных веществ имеются не всегда; для качественной оценки поглощения света различных длин волн в том
*) В дальнейшем изложении рассматривается люминесценция, возбуждаемая светом (фотолюминесценция). Однако все соображения о наблюдении и измерении люминесценции, изложенные в этой главе, справедливы и для других видов возбуждения (катодолюминесценции, рентгенолюминесцеиции и др.).
**) Очень часто исследователь, собирающийся применить метод люминесцентного анализа при исследовании какого-либо интересующего его вещества, ищет не всегда доступную кварцевую ртутную лампу, предполагая, что эта лампа является необходимым источником света. Однако нередко можно обойтись обычной лампой накаливания.
2]
ВЫХОД ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
79
случае, если исследуемое вещество прозрачно (жидкость, пластмасса или монокристалл), можно воспользоваться следующим приемом.
На концентрированный раствор исследуемого вещества проектируется спектр ртутной лампы. О глубине проникновения лучей разных длин волн можно судить по длине их люминесцирующих следов в растворе: чем сильнее поглощение, тем короче след луча соответствующей длины волны. Для возбуждения люминесценции какого-либо вещества наиболее выгодным будет свет той длины волны, у которого след самый короткий.
2. Выход люминесценции
Свет люминесценции, возникший в каком-либо элементарном объеме люминесцирующего вещества, распространяется затем равномерно во все стороны, независимо от того, как был направлен возбуждающий свет. Интенсивность люминесценции мы будем оценивать величиной потока световой энергии, который испускается из единичного объема (например, из 1 см3). При этом следует иметь в виду, что не вся поглощенная энергия возбуждающего света превращается в энергию люминесценции. После поглощения веществом возбуждающего света переход молекул в основное состояние может происходить и без испускания света. Поглощенная энергия может вызвать химические реакции (фотохимические) или перейти в тепло. Те вещества, которые называют люминесцентными, тем и отличаются от других, нелюминесцентных веществ, что в них часть возбужденных центров возвращается в основное состояние, испуская кванты света.
Эффективность процесса преобразования возбуждающей энергии в энергию люминесценции характеризуется выходом люминесценции (ср. гл. II).
Выходом люминесценции (энергетическим выходом) называется отношение энергии, испускаемой в виде люминесцентного излучения, к поглощенной энергии:
Е ' ...
Ч = ~А- (!)
Здесь г| - энергетический выход, Е - энергия люминесценции, А - поглощенная энергия возбуждения.
Для ярко люминесцирующих веществ (например, растворов флуоресцентных красителей) выход составляет десятки процентов и в отдельных случаях приближается к 100%. В случае фотолюминесценции, кроме энергетического выхода, вводится понятие квантового выхода*).
Квантовым выходом q называют отношение числа испускаемых при люминесценции квантов (п,,) к числу поглощенных квантов возбуждающего света (ип):
(2>
Так как энергия каждого кванта равна ftv, то между энергетическим и квантовым выходами будет существовать соотнфпение
я "л^л ^L. (3)
A nn-hya ч v \ )
*) Понятие квантового выхода можно .распространить на все случаи возбуждения квантами (рентгенолюминесценция, ^-люминесценция). В случае возбуждения частицами (например, катодолюминесценция) под квантовым выходом следует понимать отношение числа излученных квантов к числу поглощенных частиц.
