Люминесцентный анализ - Шлезингер М.А.
Скачать (прямая ссылка):
80
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
[ГЛ. VI
Здесь - частота максимума в спектре люминесценции, vn- частота возбуждающего света. Это соотношение можно переписать и в длинах волн. Так как длина волны обратно пропорциональна частоте, то
Яп
т) = 7-]Г- •
Ад
Здесь Ял- длина волны максимума в спектре люминесценции, а Ап- длина волны возбуждающего света.
Пример. Согласно последним измерениям квантовый выход флуоресценции раствора флуоресцеина в воде очень близок к единице, т. е. практически на каждый поглощенный квант возбуждающего света испускается один квант света люминесценции. Длина волны максимума в спектре флуоресценции флуоресцеина равна ^л=515 ммк. Если возбуждение производится светом с А,=366 ммк (ртутная лампа с черным светофильтром), то энергетический выход будет равен
. 366
Т)=1.515 = 69%.
Согласно закону Вавилова, квантовый выход люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света. Если мы возьмем для возбуждения свет другой ртутной линии с Х=436 ммк (синяя линия), то энергетический выход будет равен
а ¦ 436 о - п -Т1 = 1-5Т5 = 8й%-
Отсюда следует, что наиболее выгодным оказывается возбуждение более длинноволновым светом. В случае раствора флуоресцеина (см. стр. 78) возбуждение синим светом оказывается более выгодным еще и потому, что синий свет сильнее поглощается раствором, чем ультрафиолетовый с ^,=366 ммк.
3. Факторы, влияющие на яркость люминесценции
а) Толщина люминесцирующего слоя. Предположим сначала, что люминесценция возбуждается равномерно по всему объему люминесцирующего тела. Если свет люминесценции не поглощается в самом люминесцирующем теле, то яркость, наблюдаемая, например, глазом, будет, очевидно, тем больше, чем толще слой раствора по направлению луча зрения. Действительно, каждый слой молекул будет давать свой вклад, и чем больше таких слоев, тем больше будет наблюдаемая яркость.
Отсюда вытекает правило: для наиболее выгодного
наблюдения люминесценции нужно использовать наибольшую толщину люминесцирующего слоя в направлении луча зрения.
Например, если люминесцирующий раствор находится в пробирке (и равномерно светится по всему объему пробирки), то наибольшая яркость будет наблюдаться вдоль оси пробирки.
Эти же соображения справедливы и в том случае, когда интенсивность люминесценции распределена по объему люминесцирующго тела неравномерно. И в этом случае, если сумма яркостей всех слоев в направлении луча зрения максимальна, то максимальной будет и наблюдаемая яркость люминесценции.
б) Распределение энергии в спектре источника возбуждения. Изложенные выше соображения справедливы для источника возбуждающего света
3]
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЯРКОСТЬ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
81
с равномерным распределением энергии по разным длинам волн. Однако имеющиеся источники, как правило, не обладают таким распределением, поэтому для создания наиболее выгодных условий возбуждения люминесценции нужно иметь представление о распределении энергии в разных областях спектра у различных источников света и об общей их мощности. Соответствующие данные приведены в следующей, VII главе; ими следует руководствоваться при выборе источника света для возбуждения. Иллюстрируем сказанное следующим примером. Виллемит, как и многие минералы, люминесцирует при возбуждении только коротковолновым ультрафиолетовым светом. Поэтому для возбуждения люминесценции виллемита казалось бы целесообразным применить ртутную лампу низкого давления, в излучении которой имеется почти только резонансная линия (254 ммк). Однако для получения наибольшей яркости лучше все же использовать ртутную лампу ПРК (см. главу VII), в которой, хотя линия 254 ммк относительно слабее других линий, но абсолютная ее мощность превосходит мощность этой же линии в лампе низкого давления.
в) Концентрация люминесцирующего вещества. Показатель поглощения к (стр. 18) равен произведению молекулярного показателя поглощения данного вещества а на концентрацию С этого вещества (С - число молекул поглощающего вещества в 1 см3 раствора). Поглощение света слоем раствора толщиной I определяется выражением (см. главу I):
/ = I0e~kl = I0e~aCl,
У
где /0- интенсивность света, падающего на слой, / - интенсивность прошедшего света.
Из этой формулы видно, что поглощение' раствором данного вещества возбуждающего света одинаково во всех случаях, когда равны произведения его концентрации С на длину пути I света в растворе.
Рассмотрим два предельных случая зависимости наблюдаемой яркости от концентрации люминесцирующего вещества.
1-й случай. Концентрации настолько малы, что люминесцирующим
слоем по всей его толщине поглощается лишь небольшая часть возбуждающего света. Эта часть пропорциональна концентрации люминесцирующего вещества, следовательно, и поток люминесцентного излучения, возникающего в единице люминесцирующего объема, тоже будет пропорционален концентрации С. Ввиду малой потери возбуждающего света при прохождении через всю толщину люминесцирующего слоя, этот слой будет светиться практически равномерно по всему объему. Отсюда получаем правило: при малых концентрациях люминесци-
