Люминесцентный анализ (определение, параметр количественного анализа). Квантовый выход люминесценции (определение, формула)

Под люминесцентным анализом понимают совокупность методов анализа, основанных на явлении люминесценции. В люминесцентном анализе используют все виды возбуждения, но чаще всего — фотовозбуждение. Люминесцентный анализ подразделяют на качественный и количественный. Качественный анализ проводят по спектрам люминесценции, по их виду можно судить о присутствии того или иного вещества в пробе (анализируемом образце). Количественный люминесцентный анализ основан на измерении интенсивности люминесценции определяемого вещества. Его производят по интенсивности линий в спектре люминесценции.

Квантовый выход люминесценции j_L равен отношению числа испускаемых фотонов к числу поглощаемых. где:

— число излучённых квантов,

— число поглощённых квантов.

10.Хемилюминесценция — люминесценция (свечение) тел, вызванная химическим воздействием (например, свечение фосфора при медленном окислении), или при протекании химической реакции (например, каталитические реакции некоторых эфиров щавелевой кислоты с пероксидом водорода в присутствии люминофора). Хемилюминесценция связана с экзотермическими химическими процессами. Хемилюминесценция, протекающая в живых организмах (свечение насекомых, червей, рыб), называется биолюминесценцией и связана с окислительными процессами.Хемилюминесценция (ХЛ) — это свечение,сопровождающее химическую реакцию.A + B = P* -Образование продукта в электроном возбужденном состоянии (хемилюминесцентная реакция).

P* P + фотон -Испускание кванта света

(люминесценция).

Виды хемилюминесценции в живых системах

1. Биолюминесценция (БЛ).( это видимое глазом(т.е. весьма интенсивное) свечение некоторых организмов, связанное со специфическими ферментативными реакциями.)2. Митогенетические лучи (МЛ).3. Сверхслабое свечение (Собственная хемилюминесценция - СХЛ) клеток и тканей.4. Активированная хемилюминесценция (АХЛ).5. Индуцированная ХЛ:

• Фотохемилюминесценция (ФХЛ)

• Радиолюминесценция.

• Электролюминесценция.

• Триболюминесценция.

• Термолюминесценция.

Что дает изучение ХЛ для медицины?

1. Изучение механизма реакций,сопровождающихся свечением (ХЛ-реакции).

• Изучение первичных стадий фотобиологических процессов.

• Изучение цепного окисления липидов.

• Изучение «активных форм кислорода».

• Изучение механизма действия

антиоксидантов.

2. Применение ХЛ в лабораторной клинической

диагностике.

• Оценка уровня свободных радикалов.

• Определение активности фагоцитов.

• Определение окисляемости липопротеинов.

• Определение антиоксидантов.

11. Закон Вавилова: квантовый выход люминесценции не зависит от длины волны возбуждения люминесценции.С. И. Вавиловым установлено, что энергетический выход люминесценции растет пропорционально длине волны возбуждающего света, затем в некотором спектральном интервале он остается постоянным, после чего в области наложения спектров поглощения и люминесценции начинает быстро падать. Падение энергетического выхода свечения происходит в антистоксовской части спектра.

Люминесцентным анализом называется обнаружение и исследование различных объектов с помощью явлений люминесценции. Наиболее важной задачей люминесцентного анализа является определение химического состава исследуемых веществ и установление процентного содержания в них отдельных компонентов. Анализ такого вида носит соответственно название качественного и количественного химического люминесцентного анализа.

1.Качественный химический люминесцентный анализ основан на том, что люминесцентные свойства являются характерным признаком излучающего вещества, тесно связанным с его составом, общим состоянием и структурой его молекул.

2.Количественный химический люминесцентный анализ основан на использовании определенной зависимости между интенсивностью люминесценции и концентрацией люминесцентного вещества..

К люминесцентному анализу относится также изучение структуры и колебательных частот молекул по спектрам излучения, создающее фундамент для качественного люминесцентного анализа.Важным преимуществом люминесцентного анализа являются его простота и скорость, во много раз превосходящие скорость химического анализа.Наиболее распространенным и хорошо разработанным является люминесцентный анализ, основанный на возбуждении фотолюминесценции. При анализе кристаллических неорганических веществ (минералов, алмазов и др.) применяют катодное и рентгеновское возбуждения. В отдельных случаях в аналитических целях используют явления хемилюминесценции и радиолюминесценции.

Правило Каши:

Спектр флуоресценции (и фосфоресценции) не зависит от длины волны возбуждающего света.Правило Каши относится к форме спектра флуоресценции при возбуждении объекта светом разных длин волн. Испускание квантов флуоресценции всегда происходит с нижнего возбуждённого уровня молекул, независимо от того, на каком уровне оказался электрон в результате поглощения. Т.е. какой бы длиной волны не была возбуждена молекула, излучение будет происходить из одного и того же состояния молекулы.

12. Флуоресцентная спектрофотометрия — это измерение флуоресценции, т. е. фотолюминесценции, испускаемой веществом, подвергнутым воздействию света, ультрафиолетового или другого электромагнитного излучения. Как правило, максимум интенсивности света, испускаемого флуоресцирующим раствором, обнаруживается при длине волны, большей чем максимум возбуждающего света обычно на 20—30 нм.

Интенсивность света, испускаемого флуоресцирующим раствором, при определенных условиях находится в простой зависимости от концентрации растворенного вещества и, следовательно, может быть использована для анализа. Трудно, однако, измерить абсолютную интенсивность флуоресценции, и обычно измерения проводят по отношению к разведениям правильно выбранного стандартного образца. Общая схема флуоресцентной спектроскопии состоит в возбуждении флуоресценции излучением при длине волны максимума поглощения и в измерении или сравнении интенсивности флуоресцирующего света с флуоресценцией определенного стандартного раствора.- Флуоресцирующий свет должен быть тщательно отделен от рассеянного света, падающего на вещество.

Оптическая схема монохроматора — автоколлимационная.

Излучение от источника 1 (рис. 1) или /' падает на зеркальный конденсор 2, который направляет его на плоское поворотное зеркало 3 и дает изображение источника излучения в плоскости линзы 4, расположенной вблизи входной щели 5. Прошедшее

через входную щель излучение падает на зеркальный объектив 6・и, отразившись, параллельным пучком направляется на призму 7. Пройдя призму под углом, близким к углу наименьшего отклонения, и отразившись от ее алюминированной грани, диспергированный пучок направляется обратно на объектив и фокусируется им на выходной щели 8, расположенной над входнойщелью. При вращении призмы монохроматическое излучение различных длин волн проходит через выходную щель 8, линзу 9, контрольный или измеряемый образец, линзу 10 и с помощью поворотного зеркала 11 собирается на светочувствительном слое одного из фотоэлементов 12 или 13. Обьектив представляет собой сферическое зеркало с фокусным расстоянием 500 мм.Диспергирующая призма имеет преломляющий угол З0°,

основание 30 мм и эффективный диаметр 44 мм.

Вопрос 13.

В 1851 Джордж Стокс получил выражение для силы трения (также называемой силой лобового сопротивления), действующей на сферические объекты с очень маленькими числами Рейнольдса (например, очень маленькие частицы) в непрерывной вязкой жидкости, решая уравнение Навье — Стокса:

где

— сила трения, так же называемая силой Стокса,

— радиус сферического объекта,

— вязкость жидкости,

— скорость частицы.

Первый закон люминесценции был установлен Стоксом в 1852 г. Согласно закону Стокса, длина волны излучения люминесценции всегда больше длины волны света, возбуждающего люминесценцию.

На рисунке показано, что при освещении люминофора в его спектре присутствуют длины волн и большие, и меньшие тех, которые использовались для его возбуждения. Первая из этих закономерностей является правилом Стокса. А область длин волн, меньших, чем длина волны возбуждающего излучения, называется антистоксовой.

Энергия падающего кванта частично превращается внутри облучаемого тела в другие виды энергии, поэтому энергия кванта люминесценции должна быть меньше.

При столкновении падающего кванта с возбужденным атомом энергия кванта может сложиться с энергией возбуждения. В этом случае возникает квант люминесцентного излучения с энергией, большей энергии света, возбуждающего люминесценцию. Так возникает антистоксова люминесценция.

ТУШЕНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ - возникновение безызлучательных потерь энергии, поглощённой в люминесцирующем веществе.

Вопрос 14.

Фотохи́мия — часть химии высоких энергий, раздел физической химии — изучает химические превращения (химия возбужденных состояний молекул, фотохимические реакции), протекающие под действием света в диапазоне от дальнего ультрафиолета до инфракрасного излучения.

Законы фотохимии

Фотохимические изменения происходят только под действием света, поглощаемого системой (закон Гротгуса — Дрепера, 1818—1843 гг.).

Каждый поглощенный фотон в первичном акте способен активировать только одну молекулу (закон фотохимической эквивалентности Эйнштейна, 1912 г.).

Следующие два закона относятся в основном к фотохимии органических соединений и были сформулированы американским физиком украинского происхождения М. Кашей.

При поглощении каждого фотона молекулой имеется определенная вероятность заселения или самого нижнего синглетного (с мультиплетностью 1) состояния, либо самого нижнего триплетного (с мультиплетностью 3) состояния.

В большинстве органических фотохимических процессов, протекающих в растворах, участвует либо первое возбужденное синглетное, либо первое возбужденное триплетное состояния.

Вопрос 15.

Миграция энергии, перенос энергии, самопроизвольный переход энергии с одной частицы - донора (атома или молекулы) на другую - акцептор. М. э. не связана ни с испусканием фотона донором и его поглощением акцептором, ни с обменом электронами или атомами между взаимодействующими частицами. М. э. - результат электромагнитного взаимодействия частиц (индуктивно-резонансный механизм) либо частичного перекрывания их электронных оболочек (обменно-резонансный механизм). Мигрировать могут разные формы энергии, однако чаще всего М. э. наблюдается после перехода молекулы (атома) в электронно-возбуждённое состояние при поглощении ею кванта света. За время, пока не произошёл обратный процесс излучения света и молекула находится в возбуждённом состоянии, она может передать полученную ею энергию др. молекуле, находящейся достаточно близко, т. е. на расстоянии, меньшем длины волны соответствующего излучения (< 80 ). В конденсированной среде (растворах или кристаллах) такая передача происходит многократно, и энергия может сместиться от места поглощения кванта света на сравнительно большие расстояния (несколько мкм). М. э. происходит в газах, жидкостях и твёрдых телах. С. И. Вавилов показал, что М. э. объясняет такие явления, как концентрационная деполяризация и концентрационное тушение люминесценции красителей в растворах.

М. э. играет большую роль в биологических системах, участвуя во многих процессах жизнедеятельности. Особенно важное значение М. э. электронного возбуждения имеет в фотобиологии. Так, в процессе фотосинтеза квант света переводит молекулу хлорофилла или др. пигмента в электронно-возбуждённое состояние. Затем энергия мигрирует от одной молекулы пигмента к другой до тех пор, пока не окажется на особой молекуле, служащей реакционным центром, преобразующим энергию электронного возбуждения в химическую энергию (т. е. энергию, заключённую в химических связях). Помимо межмолекулярной М. э., возможен и внутримолекулярный перенос энергии. Так, М. э. между отдельными азотистыми основаниями происходит, по-видимому, в молекуле ДНК (или РНК) после поглощения ею кванта ультрафиолетового излучения, что, возможно, играет роль в повреждающем действии коротковолновой радиации на клетки и вирусы. Второй пример внутримолекулярной М. э. - перенос энергии кванта света в молекуле никотинамидадениндинуклеотида (НАД) от адениновой группировки к никотинамидной.