Фотолюмiнесценцiя, закон Стокса

Фотолюмiнесценцiю рiдких та твердих тiл можна спосте­рiгати при освiтленнi їх свiтлом у видимому або ультрафiолетовому дiапазонах. Реєстрацiю люмiнесцентно­го випромiнювання здiйснюють за допомогою спектро­флуориметра, принципову схему якого подано на мал. 9.12. Люмiнесцентне випромiнювання спостерiгається у напрям­ку, перпендикулярному до напрямку розповсюдження збуджуючого випромiнювання. Монохроматори 2 i 3 при­зна­ченi для видiлення певних спектральних дiлянок збуджу­ючого та люмiнесцентного випромiнювань вiдповiдно.

В бiологiї та медицинi реєстрацiя люмiнесцентного випромiнювання вико­рис­товується для якiс­но­го та кiлькiсного ана­­­лi­­зiв, для вивчення бу­до­ви та функцiй бiо­ло­гiч­­них систем. Го­лов­ни­ми параметрами люмi­несценцiї є такі:

1. Спектр люмiнесцен­цiї;

2. Квантовий вихiд;

3. Поляризацiя люмi­нес­­цен­цiї;

4. Час життя молекули у збудженому станi.

Квантовим виходом j називається вiдношення числа квантiв N_л, що висвiчуються в одиницю часу, до числа квантiв N_n, що поглинаються в одиницю часу. Квантовий вихiд можна подати у виглядi:

j = N_л / N_n = I_л / (I ₀ – I), (9.17)

де I ₀ – iнтенсивнiсть збуджуючого свiтла;

I – iнтенсивнiсть свiтла, що пройшло крiзь речовину;

I_л – iнтенсивнiсть люмiнесцентного випромiнювання.

Враховуючи закон Бугера-Ламберта-Бера (), з рiвностi (9.17) отримаємо:

I_л = j (I ₀ – I) = j , (9.18)

де æ₁ – коефiцiєнт поглинання свiтла.

Таким чином, iнтенсивнiсть люмiнесценцiї залежить вiд iнтенсивностi збуджуючого свiтла I ₀, здатностi речовини поглинати свiтло (æ₁), концентрацiї речовини С та кванто­вого виходу люмiнесценції j.

Цiнну iнформацiю про молекулярну структуру бiологiч­них об’єктiв можна одержати при освiтленнi їх поляризо­ваним свiтлом. Якщо за час життя у збудженому станi моле­кула не змiнить свою орiєнтацiю, то квант фотолюмi­несцен­цiї виявиться поляризованим так само, як i поглину­тий квант. У протилежному випадку вiдбудеться деполяри­зацiя свiтла. Переорiєнтацiя вiдбувається тим швидше, чим мен­ша мiкров’язкiсть речовини. Визначаючи поляризацiю фо­то­люмiнесценцiї, можна дослiджувати мiкров’язкiсть струк­тур клiтин (зокрема, мiкров’язкiсть мембранних структур).

Спектри фотолюмiнесценцiї рiдких та твердих тiл являють собою бiльш або менш широкi суцiльнi смуги. Дослiдження спектрiв фотолюмiнесценцiї виявило, що вони вiдрiзняються вiд спектрiв збуджуючого випромiнювання. У бiльшостi випадкiв виконується закон Стокса, згідно з якимспектр люмінесценцiї зсунутий в бiк бiльш довгих хвиль вiдносно спектра збуджуючого випромiнювання (мал. 9.13).

Мал. 9.13. Ілюстрація до закону Стокса.

Однак, у спектрi фотолюмiнесценцiї досить часто при­сут­нi довжини хвиль, коротшi за тi, що складають спектр збуджуючого випромiнювання. Вiдхилення вiд закона Сток­са особливо зручно спостерiгати при збудженнi фото­лю­мi­нес­ценцiї монохроматичним свiтлом (вузькою спектраль­ною смугою) (мал. 9.14).

Мал. 9.14. Відхилення від закону Стокса.