Деякі речовини, поглинаючи енергію, здатні виробляти відповідь світіння. Це явище отримало назву “люмінесценція” (від латинського слова “світло”). Вперше воно було описано в 18 столітті. Одна з різновидів люмінесценції – це флуоресценція.
Види люмінесценції
Щоб зрозуміти, чим флуоресценція відрізняється від інших видів світіння, необхідно розглянути види люмінесценції.
Виділяють наступні види:
- хемілюмінесценція – здатність хімічних речовин до випромінювання світла в ході хімічних взаємодій;
- біолюмінесценції проявляється у здатності до світінням у живих організмів (світлячки, планктон, деякі різновиди риб, грибів і ін);
- електролюмінісценція – явище світіння, обумовлене пропусканням електричного струму;
- термолюминесценция проявляється в ході нагрівання речовини;
- радиолюминесценция – світіння, викликане іонізуючим випромінюванням;
- фотолюмінесценція.
Останній тип поділяється на два типи: фосфоресценцию і флуоресценцію. В обох випадках світіння обумовлене впливом джерела світла. Відмінність в тому, що фосфоресценція починається не відразу, але триває довше, навіть після припинення світлової дії. При флуоресценції цей процес спостерігається тільки під час впливу.
Історія відкриття
Назвою явище флуоресценції зобов’язана мінералу флюориту, у якого воно вперше спостерігалося.
У 1833 році шотландський вчений Девід Брюстер виявив незвичайне явище. При попаданні на зелений розчин хлорофілу променів білого кольору хлорофіл придбав червоний відтінок. Так вперше була виявлена флуоресценція цього пігменту.
У 1845 році англійський вчений Джон Гершель зауважив, що безбарвний розчин хініну придбав голубуватий колір під дією сонячних променів.
Нарешті, через сім років Джордж Стокса, досліджуючи мінерал флюорит, зауважив, що під дією ультрафіолетових променів мінерал почав випромінювати світло. Вчений дав явищу назву флуоресценції.
Чим зумовлене це явище?
Речовини, елементи яких здатні до флуоресценції – це флуорофоры. Електрони в атомах знаходяться на енергетичних рівнях. При поглинанні енергії електрони атомів флуорофорів переходять у так зване збуджений стан, починають переміщатися між енергетичними рівнями. Явище флуоресценції речовини виникає при поверненні електронів в звичайний стан.
Квантовий вихід
Квантовим виходом флуоресценції називають показник ефективності, з якою поглинена енергія перетворюється в випромінюване світіння. Іншими словами, це співвідношення, що виділилися і поглинених в процесі фотонів. Чим більше фотонів виробляється в ході процесу, тим вище інтенсивність флуоресценції. Тому від величини квантового виходу залежить вибір флуорофора в дослідженнях і практичному застосуванні.
Флуоресцентні з’єднання
Сполуки, здатні до даного процесу, діляться на органічні і неорганічні.
Органічні флуорофоры – це флуоресцеин, экворин, зелений флуоресцентний білок, еозин, хінін, акридиновые барвники та ін
В якості неорганічних флуорофорів використовуються комплекси органічних і неорганічних сполук – биоконъюгаты. Органічний флуорофор передає світіння атомів неорганічних речовин, і вони самі починають флуоресцировать.
Флуоресценція хлорофілу
Хлорофіл – основний пігмент рослин, надає їм зелене забарвлення. Поглинаючи світло, молекули хлорофілу здатні переходити в збуджений стан. При поверненні молекул в звичайний стан з’являється світіння. В ультрафіолетовому світлі зелений пігмент набуває червоного забарвлення. Цей процес називається флуоресценцією хлорофілу.
Фотосинтез – процес, від якого залежить життя рослин, а також цілих екосистем. Уповільнення фотосинтезу служить показником поганого стану здоров’я рослин. Причинами можуть бути нестача води, поживних речовин, несприятливі температурні умови, бур’яни і т. д. Тому аналіз флуоресценції рослин необхідний для оцінки їх здоров’я.
Застосування флуоресценції
Методи флуоресценції і флуоресцентного аналізу використовуються в багатьох сферах діяльності.
Флуоресценція застосовується в біології і медицині. У молекулярній біології використовуються спеціальні флуоресцентні зонди і барвники. Їх застосовують, щоб виявити деякі складові компоненти біологічних структур. Приміром, деякі клітини крові піддаються підрахунку при аналізі завдяки наявності у їх структурі еозину – органічного флуорофора.
Широке застосування явища знаходиться у виготовленні фарб та пігментів. Флуоресцентні речовини використовуються для отримання яскравих кольорів. Обумовлено це тим, що флуоресцентні пігменти здатні перетворювати ультрафіолет з природних і штучних джерел випромінювання певного спектру. Завдяки цьому, колір матеріалу стає більш яскравим.
Прикладом такого барвника служить оптична синька, перетворює ультрафіолетове випромінювання в синюватий відтінок. Вона застосовується при фабричній фарбуванні тканин, а також у пральних порошках, надаючи одязі білосніжний колір. Крім того, даний спосіб використовується для освітлення папери.
Флуорофоры можуть застосовуватися для виявлення у великих водоймах потерпілих льотчиків. Вони мають при собі спеціальні ємності з флуоресціюючими речовинами. При попаданні барвника у воду з’являється характерне пляма, яке допомагає виявити місце аварії.
В техніці пігменти додаються деякі технічні рідини. При підсвічуванні ультрафіолетом витік таких рідин відразу стає помітна.
Застосовується флуоресценція і в екології, гідрології, виготовленні лазерів.
Нарешті, методи флуоресцентного аналізу неоціненні для дослідження процесу фотосинтезу рослин. Будь-які відхилення в стані їх здоров’я можуть завдати шкоди екосфері.
Підводимо підсумки:
- флуоресценція – це один з видів люмінесценції;
- вона полягає в здатності речовин і сполук до світіння при впливі на них джерелом світла;
- дослідження та методи даного явища застосовуються в багатьох галузях знань.
