Задание. Реферата по дисциплине медицинские измерительные преобразователи и электроды
 Скачать 359.26 Kb.
|
|
 МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет» РТУ МИРЭА Институт кибернетики Кафедра биокибернетических систем и технологий |
| |
| |
Введение 2
1 Определение понятия люминесценции 3
1.1 Классификация методов люминесценции 3
1.1.1 По способу возбуждения 3
1.1.2 По длительности 4
1.2 Механизм молекулярной фотолюминесценции 5
2. Техника люминесцентной спектроскопии и ее практическое применение 7
2.1 Измерение аналитического сигнала 7
Заключение 8
Список использованных источников 9
| Источник возбуждения | Вид люминесценции |
| Электромагнитное излучение видимой и ультрафиолетовой области спектра | фотолюминесценция |
| Поток электронов (катодные лучи) | Катодолюминесценция |
| Поток ионов щелочных металлов в вакууме | Ионолюминесценция |
| Рентгеновское излучение | Рентгенолюминесценция |
| Радиоактивное излучение | Радиолюминесценция |
| Тепловая энергия | Термолюминесценция (кандолюминесценция) |
| Ультразвук | Сонолюминесценция |
| Механическое воздействие | Триболюминесценция |
| Энергия химических реакций | Хемолюминесценция |
| Энергия биологических процессов | Биолюминесценция |
1.1.2 По длительности
По длительности люминесценции, различают флуоресценцию, (короткое свечение) и фосфоресценцию (длительное свечение). Теперь эти понятия сохранили только условное и качественное значение, т. к. нельзя указать какие-либо границы между ними. Иногда под флуоресценцией понимают спонтанную люминесценцию, а под фосфоресценцией – вынужденную люминесценцию.
Тип люминесценции зависит от того, какие переходы осуществляются в молекуле при поглощении ею квантов возбуждающего излучения. Молекулярная люминесценция по длительности и спектральному составу:
Флуоресценция (Фл)
кратковременная
замедленная
Фосфоресценции (Фс)
Испускание фотонов флуоресценции происходит при переходе электрона с нулевого колебательного уровня состояния на любой колебательный уровень основного состояния. Флуоресценция является кратковременным излучением с длительностью 10-10-10-7 секунд и наблюдается при комнатной температуре. Энергия фотонов флуоресценции меньше энергии фотонов поглощения.
При определенных условиях (обычно при температуре -196 °С, в отсутствие парамагнитных молекул) для триплетных молекул оказывается возможным запрещённый переход с излучением фотонов фосфоресценции. Это излучение имеет значительно большую длительность 10-4-10-2 секунд. Энергия фотонов фосфоресценции меньше энергии фотонов кратковременной флуоресценции.
Помимо флуоресценции и фосфоресценции существует еще один вид люминесценции, который идентичен по спектральному составу флуоресценции, но характеризуется длительностью, свойственной фосфоресценции. Этот вид люминесценции называют замедленной флуоресценцией, поскольку перед излучением фотонов молекула некоторое время находится в триплетном состоянии. Этот тип молекулярной люминесценции наблюдается в весьма ограниченных диапазонах температур, вязкостей и концентраций растворов. По сравнению с флуоресценцией и фосфоресценцией ее интенсивность невелика и достигает максимальных значений при комнатной и более высоких температурах, заметно ослабевая с понижением температуры.
1.2 Механизм молекулярной фотолюминесценции
При поглощении кванта света молекула вещества переходит из основного электронного состояния в возбуждённое. Одной из характеристик электронного состояния является мультиплетность.
Экспериментальные методы исследования спектров люминесценции основываются на релаксационных процессах, происходящих при электронном возбуждении частиц вещества. Перевод молекул в возбужденное состояние может осуществляться различными путями, как и расходование приобретенной при этом молекулами энергии. Свечение вещества, возникающее при переходе молекул из возбужденного состояния в основное, называют люминесценцией, а если возбуждение происходило за счет поглощения электромагнитного излучения в оптической области, то испускание излучения в процессе релаксации называют фотолюминесценцией. Когда прямой и обратный переходы, происходящие одновременно, осуществляются между одними и теми же фиксированными энергетическими уровнями, частоты эмиссионного спектра точно совпадают с частотами спектра поглощения. Если бы заселенности нижнего и верхнего состояний были одинаковы, то не наблюдалось бы ни поглощение, ни испускание электромагнитного излучения. Поскольку наиболее заселенным является основное электронное состояние, а еще точнее – его нулевой колебательный уровень энергии, то при облучении наблюдаются полосы поглощения, связанные с переходами молекул с этого уровня на колебательные подуровни того или иного возбужденного электронного состояния, как это схематично показано на рисунке 1.4.
На общей схеме (рисунок 1.4) энергетических уровней и переходов между ними для молекул люминесцирующего вещества волнистые стрелки соответствуют безызлучательным переходам. Жирные горизонтальные линии, обозначающие электронные состояния, можно считать нулевыми колебательными уровнями, энергия которых включает сумму нулевых колебательных энергий по всем нормальным координатам, а остальные уровни (горизонтальные линии) соответствуют, как обычно, одному или нескольким отличным от нуля колебательным квантовым числам vk.
В возбужденном электронно-колебательном состоянии избыток колебательной энергии может теряться в результате межмолекулярных столкновений или каких-то других безызлучательных колебательных переходов. Иными словами, происходит колебательная релаксация, представляющая переход от неравновесного распределения по колебательным уровням, энергии в данном электронном состоянии к равновесному тепловому распределению. В конечном счете, наиболее заселенным опять-таки оказывается нулевой (все vk= 0) колебательный уровень (рисунок 1.4).
Рисунок 1.2 — Схема низших энергетических уровней молекулы и переходов между ними при фотолюминесценции (диаграмма Яблонского)
В зависимости от характера электронного состояния, из которого молекулы переходят в основное состояние с испусканием электромагнитного излучения, фотолюминесценция подразделяется на флуоресценцию и фосфоресценцию. Флуоресценция наблюдается при переходе между состояниями, имеющими одинаковую мультиплетность, обычно между синглетными первым возбужденным и основным S1 → S0. Возможные безызлучательные переходы между различными электронными состояниями одной и той же мультиплетности называют внутренней конверсией (в. к) и обозначают, как любые безызлучательные переходы, волнистой стрелкой, в частности S2 → S1. Среднее время жизни молекул в возбужденном синглетном состоянии мало, и явление флуоресценции связано с высокой вероятностью спонтанного перехода молекул в основное синглетное состояние, т.е. характеризуется отсутствием длительного "послесвечения" (после прекращения облучения, приводящего к электронному возбуждению молекул). [3]
2. Техника люминесцентной спектроскопии и ее практическое применение
2.1 Измерение аналитического сигнала
Для измерения интенсивности флуоресценции используют спектрофлуориметры и флуориметры (на рис. 2.1).
В качестве источника излучения используют ртутную, ксеноновую и другие лампы. В последнее время для возбуждения флуоресценции применяют лазеры.
Для выделения нужного спектрального интервала в флуориметрах, как и в фотоэлектроколориметрах, используют светофильтры, а в спектрофлуориметрах также, как и в спектрофотометрах - монохроматоры (дифракционные решётки или призмы). Светофильтр (монохроматор), используемый для выделения необходимого возбуждающего излучения, называется первичным, а для выделения наиболее интенсивного излучения из спектра испускания - вторичным.
Рисунок 2.1 — Принципиальная схема прибора для измерения интенсивности
флуоресценции
Измерение флуоресценции, в отличие от измерения поглощения, чаще всего проводят под прямым углом к направлению возбуждающего света. Такой приём позволяет избежать наложения возбуждающего света на излучаемый. При измерении интенсивности фосфоресценции, либо при большом Стоксовом сдвиге, можно использовать схему, при которой источник возбуждения, образец и детектор находятся на одной оптической оси. В данном случае возбуждающий свет не мешает определению, так как при измерении интенсивности фосфоресценции измерение проводят после прекращения действия возбуждающего света, а при большом Стоксовом сдвиге λвозб и λисп настолько различаются, что возбуждающий свет задерживается монохроматором и не попадает на детектор.
Заключение
Люминесценция является одним из широко распространенных в природе видов излучения. Помимо люминесценции известны и другие свечения, которые, однако, существенно отличаются от нее, например, температурное излучение, свечения, наблюдаемые при быстром движении электрических зарядов (тормозное излучение, Свечение Вавилова — Черенкова) и т. п.
Люминесценцией называют избыток излучения над температурным при условии, что избыточное излучение обладает конечной длительностью, превышающей период световых колебаний ( 10-10 сек).
Это определение основано на противопоставлении люминесценции температурному излучению, свойства которого хорошо известны. Вместе с тем оно указывает на наличие у люминесценции конечной длительности послесвечения, превышающей период световых колебаний. Это условие позволяет отличать люминесценцию от отражения, рассеяния и излучения Вавилова-Черенкова, которые являются практически безынерционными.
Все виды люминесценции являются проявлением характерных свойств веществ и потому все они могут быть использованы для распознавания и изучения веществ. Кроме того, своеобразные особенности явления люминесценции позволяют использовать соответствующие наблюдения для разрешения сложных практических задач.
Перечисленные свойства люминесцентного анализа дают представление о его исключительных возможностях, в определенных отношениях, значительно превосходящих возможности других видов анализа, а также качественный и количественный люминесцентный анализ.
Список использованных источников
Степанов Б.И. Люминесценция сложных молекул / Издательство академии наук БССР. – 1955. Ч.1. – С.7982.
Прингсгейм П. Флуоресценция и фосфоресценция / Перевод с английского. – М.: – 1951. – 325 с.