Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
параметрами люминесценции являются: спектр люминесценции, ее квантовый
выход, спектр возбуждения люминесценции, поляризация люминесценции, время
жизни молекулы в возбужденном состоянии.
Интенсивность люминесценции (/,,) возрастает с увеличением интенсивности
возбуждающего света (/0), способности вещества поглощать свет и его
способности испускать кванты люминесценции. Из определения квантового
выхода (ф):
<р = число излученных квантов/число поглощенных квантов (2.3)
ясно, что <р = /л/(/0 - /). где I -интенсивность вышедшего света. Отсюда
получаем следующее выражение для !"¦
/л = <Р-(/о-0 = /0-?-(1-Ю "'). (2.4)
В разбавленных растворах, когда максимальная D в исследуемой области
спектра не превышает 0,1, можно с хорошим приближением записать:
= 2,3 • /0 • у • D = 2,3 - /0 - у • е . с ¦ I. (2.5)
Регистрацию люминесценции можно проводить несколькими способами. Если не
менять длину волны возбуждения (монохроматор 3 на рис. 9), а проводить
развертку спектра на регистрирующем монохроматоре (5- рис. 9), то
получится зависимость /,, от длины волны люминесценции, называемая
спектром люминесценции. Так как испускание флюоресценции происходит
всегда с нижнего возбужденного энергетического уровня (Si на рис. 6), то
форма спектра люминесценции (правило Каши) и квантовый выход (закон
Вавилова) не зависят от длины волны возбуждающего света. Кроме того,
максимум в спектре флюоресценции располагается в более длинноволновой
области, чем длинноволновый максимум поглощения (закон Стокса), так как
часть поглощенной энергии растрачивается в тепло.
Если регистрирующий монохроматор настроить на фиксированную длину волны
люминесценции и производить развертку спектра возбуждающим монохроматором
(рис. 9,
3), то получится зависимость 1" от длины волны возбуждающего света,
называемая спектром возбуждения люминесценции. Спектры возбуждения - это
график - IJI0 как функция Яв03б:
= ?¦ (i - 10 ,C') = IAKозб).
10
(2.6)
где Я-возб. - длина волны возбуждающего света. Нормировку на /0 вводят,
чтобы получить неискаженную зависимость /" от (1 - 10_,с1), так как в
каждом приборе /" меняется при изменении /.возГ,
Из уравнений 2.5 и 2.6 ясно, что в разбавленных растворах 1"
пропорциональна концентрации, а спектры возбуждения по форме
соответствуют спектрам поглощения люминесцирующих веществ. Это
используется для идентификации природных соединений и их количественного
анализа.
Рассмотрим теперь понятие времени жизни молекул в возбужденном состоянии
(т). Когда молекула оказалась в возбужденном состоянии, то существует
некоторая вероятность того, что в данную единицу времени произойдет
электронный переход Si -*• S 0- Эта вероятность равна константе скорости
перехода k(c~x), которая по своему физическому смыслу эквивалентна
константе всякой моно-молекулярной реакции:
Величина, обратная k, имеет размерность времени и называется временем
жизни молекулы в возбужденном состоянии. После интегрирования выражения
2.7 и под-
= th. А поскольку [Si] пропорциональна /л, получаем:
где индексы о и t относятся к начальному моменту времени и моменту t
после начала измерения. При lSil0/lSi]t =
- е, t - т. Следовательно, т равно времени, в течение которого число
возбужденных молекул (и интенсивность -флюоресценции) уменьшится в е раз,
т. е. до 37% от исходного уровня.
Как т, так и <р для данного соединения могут варьировать в зависимости от
условий проведения опыта. В жидких растворах молекулы люминесцирующего
соединения за время т успевают много раз столкнуться с молекулами
растворителя или других веществ. При этом может про-
(2.7)
становки вместо fe = - получим: IntSiJ 0/lSiJt =k • ( =
X
38
изойти безызлучательная растрата энергии возбуждения - тушение
люминесценции. Эффективными тушителями люминесценции являются
парамагнитные ионы (Fe2+, Мп2+, NF+, Со2+ и др.), молекулярный кислород,
а также некоторые галогены (йод, бром и др.). Так как т триплетных
состояний значительно выше, чем возбужденных синглет-ных, то и
вероятность кинетического тушения триплетов будет значительно выше.
Поэтому в жидких растворах фосфоресценция бывает практически полностью
потушена, а флюоресценция - только частично. Если образец охладить и
заморозить до твердого состояния, то кинетическое тушение резко
ослабевает и люминесценция усиливается.
Процессы дезактивации возбужденных молекул (А*) можно представить сеткой
реакций.
1. Излучение люминесценции: А* -*¦ А + hy.
2. Безызлучательная внутримолекулярная растрата:
1
ч
3. Тушение молекулами тушителя
Если процессы тушения отсутствуют (<р = 1), то т на зывают истинным
временем жизни молекулы в возбужден ном состоянии и обозначают т0.
Очевидно, что т0= l/ki Если имеет место тушение, то говорят о реальном т,
при чем т = \/(ki + ki); а ф в таком случае равен ki/(ki + кг) В
присутствии тушителя в концентрации [Q]:
________1 fei
tq = ft, + k2 + kq [<21 И 9q ~ ft, + ft, + kq [Q] * ( ' ]
Разделив ф на фч, получим: