ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Флуоресценция из "Фото-люминесценция растворов" При комнатной температуре большинство молекул находится на самом нижнем колебательном уровне основного электронного состояния (уровень О состояния 5о на рис. 1) и переходы с поглощением света происходят именно с этого уровня вверх (переходы а и 6 на рис. 1). Вращательные уровни всех молекул в растворах расположены столь тесно, что спектрально они неразличимы, и колебательные уровни на рис. 1 следовало бы изобразить в виде полос, содержащих и вращательные уровни. Некоторые молекулы имеют сравнительно простой набор колебательных уровней, и в спектре поглощения он проявляется как последовательность хорошо разрешенных максимумов (кривые А на рис. 2). Однако у многих сложных органических молекул этот )набор колебательных уровней настолько сложен, что все пере-ходы а (рис. 1) на колебательные уровни первого электронно- .. возбужденного состояния дают одну широкую полосу поглоще-ния (нанример, Б на рис. 2) еще одна широкая полоса погло- оцения, расположенная при более коротких волнах и не показан- ч ная на рис. 2, соответствует переходу Ь (рис. 1) на колебатель- но-вращательные уровни второго электронно-возбужденного состояния. [c.17] Л — антрацен в этаноле (17,2 мкг/мл) В —бисульфат хинина в 0,1 н. серной кислоте (25 мкг/мл) J3 — антрацен в этаноле (1,0 мкг/мл) Г —бисульфат хинина в 0,1 н. серной кислоте (1,0 мкг/мл). Использованы кварцевые призменные спектрометры. Полуширина полосы —0,028 мкм (4,5 нм) при 2,5 мкм (400 нм) для флуоресценции и около 0,0005 мкм для поглощения. [c.18] Молекула испускает флуоресценцию ири переходе с уровня О состояния 5] на любой колебательно-вращательный уровень основного состояния (рис. 1, переход с). Если в этом переходе участвуют все молекулы, ноглотнвщие свет, то квантовый выход флуоресценции раствора равен единице. Часть возбужденных молекул может вернуться в основное состояние другими путями (например, через триплетное состояние, о котором пойдет речь ниже) или нее вступить в фотохимическую реакцию, и квантовая эффективность флуоресценции будет меньще единицы и может оказаться даже близкой к нулю. [c.19] Если бы расположение уровней, показанное на упрощенной схеме рис. 1, было единственным фактором, влияющим на поглощение и испускание света, то спектры поглощения и флуоресценции представляли бы собой последовательности одинаковых по интенсивности полос, идущие соответственно к коротким и длинным волнам. На самом деле (ср. спектры Л и б на рис. 2) интенсивности полос существенно неодинаковы, и эту особенность легко объяснить, если принять во внимание принцип Франка — Кондона. [c.20] Этот переход можно представить вертикальной линией (например, ЕР), проведенной между двумя электронными состояниями. Рассмотрение осциллятора в рамках квантовой механики дает более полное описание процесса. Из решения волнового уравнения следует, что наиболее вероятное межъядерное расстояние для молекулы с нулевой колебательной энергией соответствует средней точке СО или РЗ. [c.21] Очевидно, что поглощаемая порция энергии больше, чем испускаемая, хотя и поглощение и испускание соответствуют 0-0-переходу. Разность энергии расходуется на нагревание растворителя в двух упомянутых процессах релаксации. [c.23] При достаточно низкой температуре и высокой вязкости процесс Ь- с не успеет пройти за время жизни возбужденного состояния, испускание произойдет из состояния Ь или же из какого-либо состояния, промежуточного между 6 и с, и разность энергий 0-0-переходов уменьшится. При высокой температуре разность энергий переходов также мала, поскольку не столь велико различие конфигураций Ь я с. Таким образом, разность энергий 0-0-переходов должна проходить через максимум при умеренных температурах, и это действительно имеет место [1]. [c.23] Изменение сольватации после возбуждения или испускания. [c.23] Большими и малыми овалами схематически обозначены молекулы растворенного вещества и сольвати-рующего растворителя. [c.23] Следует отметить, что в возбужденном состоянии размеры электронной оболочки молекулы больше, чем в основном состоянии. Поэтому поляризуемость при возбуждении увеличивается, и даже при постоянном дипольном моменте это неизбежно должно увеличить степень сольватации и привести к появлению небольшой, но вполне ощутимой разности 0-0-переходов при поглощении и при испускании. [c.24] К выводу закона Ламберта — Берл. [c.24] При перпендикулярном падении па границу воздух/стекло отражается примерно 4 /о света при измерении спектров поглощения потери на отражение обычно компенсируют. В прозрачных растворах доля рассеянного света мала, и мы будем принимать во внимание только поглощенный и пропущенный свет. Если падающий свет монохроматичен, вещество состоит из одинаково поглощающих молекул и возбуждается незначительная доля молекул образца, то доля поглощенного света не зависит от интенсивности падающего пучка и кал дая молекула представляет собой как бы мишень для квантов данной длины волны, имеющую площадь сечения к. [c.24] Естественно, что когда интенсивность падающего света столь велика, что заметная часть молекул оказывается в возбужденном состоянии (и, следовательно, имеет уже другое значение сечения /г), уравнение (12) не выполняется. Однако при комнатной температуре в жидкостях, насыщенных воздухом, времена жизни синглетных и триплетных (см. ниже) состояний столь малы, что электронно-возбужденные молекулы могут накопиться в ощутимых концентрациях только при облучении светом чрезвычайно высокой интенсивности. Отклонения от закона Ламберта — Бера можно наблюдать и при умеренных интенсивностях, если опыты проводятся в жестких средах при низкой температуре, где из-за большого времени жизни триплетных молекул они могут накопиться в значительных концентрациях. Впрочем, уравнение (12) можно использовать и в этих случаях, если принять во внимание реальные концентрации и правильные значения сечений молекул как в основном, так и в возбужденном состоянии. [c.25] В уравнении (12) концентрация с выражена через число молекул в 1 см , а эффективное сечение молекулы к — в квадратных сантиметрах. [c.25] Следовательно, оптическая плотность смеси равна сумме оптических плотностей отдельных компонент. [c.26] С теоретической точки зрения предпочтительнее строить спектры в шкале частот или волновых чисел, а не длин волн, так как процессы поглощения и испускания квантованы и величина кванта пропорциональна именно частоте при этом получается правильное соотношение разных полос по их ширине, в то время как в шкале длин волн полосы в длинноволновой области получаются чрезмерно широкими. С другой стороны, автоматическая запись на спектрометре с дифракционной решеткой линейна по длинам волн, и такие спектры часто приводят, если не нужен полностью исправленный спектр. В данной книге мы будем пользоваться обоими способами построения спектров. [c.27] В практической спектрофлуориметрии, так как если на опыте обнаруживается, что вид спектра менятся с изменением длины волны возбуждающего света, то это может означать, что в смеси содержится несколько флуоресцирующих компонентов. Известен ряд исключений из этого правила, которые будут обсуждены в этой книге. [c.28] Связь интенсивности флуоресценции с коэффициентом погашения легко установить, пользуясь законом Ламберта — Бера [уравнение (12)]. По определению (уравнение [6]) скорость испускания флуоресценции Q равна скорости поглощения света (в квантах в секунду), умноженной на квантовую эффективность флуоресценции ф/, т. е. [c.28] С другой стороны, чувствительность снектрофлуорпметра лимитируется в принципе лишь максимальной интенсивностью возбуждающего света, но не точностью, с которой можно измерить интенсивность света. В идеальных условиях предельная измеримая концентрация имеет порядок 10 2М. [c.29] Следовательно, излучательное время жизни сильно поглощающих веществ (например, красителей) с Бмакс около 10 будет иметь порядок 10 с. [c.33] Вернуться к основной статье