Практическое применение люминесцентной спектроскопии

Спектры люминесценции, как и абсорбционные электронные спектры, применяются для качественного и количественного анализа, в структурных исследованиях, для изучения электронно-колебательных состояний молекул, физико-химических свойств растворов, газообразных, жидких и твердых образцов. Измерение люминесценции проводят на спектрофлуориметрах.

Если квантовый выход люминесценции больше 1%, то такие соединения легко обнаруживаются люминесцентным методом. Когда мы имеем дело с сильно люминесцирующим веществом, то флуоресцентный анализ оказывается в тысячи (10²-10⁴) раз чувствительнее спектрофотометрического.

Кроме того, этот метод более селективен, поскольку флуоресцирует меньшее число соединений, чем поглощает. В связи с высокой чувствительностью химический люминесцентный анализ широко используется в различных областях промышленности, включая, химическую и нефтехимическую, в биологии, медицине, геологии, в пищевой промышленности, сельскохозяйственном производстве, дефектоскопии, археологии, криминалистике и т. д.

Так как чувствительность данного метода очень высока, то его можно использовать только для очень разбавленных растворов, концентрация которых гораздо ниже, чем при измерении поглощения.

Регистрация спектров осуществляют по собственной флуоресценции или с помощью флуоресцентных зондов или меток, вводимых в изучаемую микромолекулу. Различают флуоресцентные зонды-красители, которые связываются с макромолекулами нековалентно (электростатическими и ван-дер-ваальсовыми силами), и флуоресцентные метки, связанные химической связью. Измерение спектров флуоресценции таких присоединенных меток и зондов особенно важно при изучении свойств нуклеиновых кислот, вследствие малой интенсивности собственной флуоресценции.

К флуоресценции в видимой области способны в основном два класса веществ: 1) большое число минералов и неорганические твердые люминофоры; 2) органические и металлоорганические соединения, обладающие интенсивным поглощением в УФ-области.

Вопросы для собеседования

1. Понятие люминесценции, ее разновидности.

2. Теоретические основы люминесцентного метода анализа.

3. Понятие о синглете и триплете.

4. Внутренняя и интеркомбинационная конверсии.

4 Флуоресценция и фосфоресценция.

5. Принцип Франка-Кондона.

6. Квантовый выход. Определение квантового выхода.

7. Законы поглощения света, используемые для объяснения люминесценции: законы Стокса и Вавилова, правило Каши.

8. Применение люминесцентного метода анализа.

Тестовые задания

1. В чем различия между возбужденным синглетным и соответствующим триплетным состояниями?

а) возбужденный электрон синглетного состояния имеет спин, параллельный электрону, с которым он был спарен; в триплетном состоянии два внешних электрона имеют один и тот же спин; триплетное состояние всегда обладает более низкой энергией, чем соответствующее синглетное состояние;

б) возбужденный электрон синглетного состояния имеет спин, параллельный электрону, с которым он был спарен; в триплетном состоянии два внешних электрона имеют антипараллельные спины; триплетное состояние всегда обладает более низкой энергией, чем соответствующее синглетное состояние;

в) возбужденный электрон синглетного состояния имеет спин, антипараллельный электрону, с которым он был спарен; в триплетном состоянии два внешних электрона имеют один и тот же спин; триплетное состояние всегда обладает более низкой энергией, чем соответствующее синглетное состояние;

г) возбужденный электрон синглетного состояния имеет спин, антипараллельный электрону, с которым он был спарен; в триплетном состоянии два внешних электрона имеют один и тот же спин; триплетное состояние всегда обладает более высокой энергией, чем соответствующее синглетное состояние.

2. Что называется флуоресценцией?

а) безызлучательный переход энергии из возбужденных состоянияний без изменения мультиплетности;

б) излучение, испускаемое при переходе между состояниями, имеющую одинаковую мультиплетность;

в) безызлучательные переходы между состояниями различной мультиплетности;

г) излучение, испускаемое при переходе между состояниями с различной мультиплетностью.

3. При каких длинах волн наблюдается спектр флуоресценции и фосфоресценции? Дайте объяснение.

а) триплетное состояние обладает более низкой энергией, чем соответствующее синглетное состояние, поэтому спектр фосфоресценции наблюдается при больших длинах волн, чем спектр флуоресценции;

б) триплетное состояние обладает более высокой энергией, чем соответствующее синглетное состояние, поэтому спектр фосфоресценции наблюдается при больших длинах волн, чем спектр флуоресценции;

в) триплетное состояние обладает более низкой энергией, чем соответствующее синглетное состояние, поэтому спектр фосфоресценции наблюдается при меньших длинах волн, чем спектр флуоресценции;

г) триплетное состояние обладает более низкой энергией, чем соответствующее синглетное состояние, поэтому спектр флуоресценции наблюдается при больших длинах волн, чем спектр фосфоресценции.

4. Что называется внутренней конверсией?

а) излучение, испускаемое при переходе между состояниями, имеющую одинаковую мультиплетность;

б) излучение, испускаемое при переходе между состояниями с различной мультиплетностью;

в) безызлучательный переход энергии из возбужденных состоянияний без изменения мультиплетности;

г) излучение, испускаемое при переходе между состояниями с различной мультиплетностью.

5. Что называется фосфоресценцией?

а) излучение, испускаемое при переходе между состояниями с различной мультиплетностью;

б) безызлучательные переходы между состояниями различной мультиплетности;

в) излучение, испускаемое при переходе между состояниями, имеющую одинаковую мультиплетность;

г) безызлучательный переход энергии из возбужденных состоянияний без изменения мультиплетности;

6. Что называется интеркомбинационной конверсией?

а) излучение, испускаемое при переходе между состояниями, имеющую одинаковую мультиплетность;

б) безызлучательный переход энергии из возбужденных состоянияний без изменения мультиплетности;

в) излучение, испускаемое при переходе между состояниями с различной мультиплетностью;

г) называются безызлучательные переходы между состояниями различной мультиплетности.

7. При каких длинах волн наблюдается спектр поглощения и флуоресценции? Дайте объяснение.

а) спектр флуоресценции сдвинут в коротковолновую область по сравнению с полосами поглощения, так как энергия поглощенного кванта частично растрачивается на тепловые колебания;

б) спектр флуоресценции сдвинут в длинноволновую сторону по сравнению с полосами поглощения, так как энергия поглощенного кванта частично растрачивается на тепловые колебания, поэтому энергия флуоресценции меньше, чем энергия поглощения кванта света;

в) спектр флуоресценции сдвинут в коротковолновую сторону по сравнению с полосами поглощения, так как энергия поглощенного кванта частично растрачивается на тепловые колебания, поэтому энергия флуоресценции больше, чем энергия поглощения кванта света;

г) спектр флуоресценции сдвинут в длинноволновую сторону по сравнению с полосами поглощения, так как энергия поглощенного кванта меньше, чем энергия флуоресценции.