Просмотр кода страницы Флуоресценция

{{Неавторитетные источники|дата=2020-01-07}}[[Файл:U glass with black light.jpg|мини|334пкс|Флуоресценция [[Урановое стекло|уранового стекла]] под воздействием [[Ультрафиолетовое излучение|ультрафиолетового]] излучения]]
[[Файл:Tonic water uv.jpg|мини|250пкс|[[Тоник]] при облучении в [[Видимый свет|видимом]] (слева) и [[Ультрафиолетовое излучение|ультрафиолетовом]] (справа) диапазоне. Голубая флуоресценция обусловлена наличием в напитке производных [[хинин]]а]]

'''Флуоресце́нция''', или '''флюоресценция''' — [[Люминесценция|люминесцентный]] процесс, характеризующийся крайне малым временем затухания излучения после отключения источника возбуждения. Флуоресценцией обычно называют излучательный переход возбуждённого состояния с самого нижнего [[синглетное состояние|синглетного]] колебательного уровня S<sub>1</sub> в основное состояние S<sub>0</sub><ref>{{Книга|ссылка=https://www.worldcat.org/oclc/71336464|автор=Joseph R. Lakowicz|заглавие=Principles of fluorescence spectroscopy|год=2006|издание=3rd ed|место=New York|издательство=Springer|страниц=xxvi, 954 pages|isbn=978-0-387-31278-1, 0-387-31278-1}}</ref>. В общем случае флуоресценцией называют [[правила отбора|разрешённый по спину]] излучательный переход между двумя состояниями одинаковой [[Мультиплетность|мультиплетности]]: между [[синглет]]ными уровнями <math>S_1 \rightarrow S_0</math>. Типичное [[время жизни]] такого возбуждённого состояния составляет 10<sup>−11</sup>−10<sup>−6</sup> с<ref>{{Cite web|url=http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf|title=Лекция № 2. Основы люминесценции ( продолжение ).|author=http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf|website=|date=|publisher=|access-date=2020-01-07|archive-date=2020-01-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20200110093702/http://files.pilotlz.ru/dvd/nano/disk/!n_world/dop_mat/kons_01/02.pdf|deadlink=no}}</ref>.

Флуоресценцию следует отличать от [[фосфоресценция|фосфоресценции]] — запрещённого по спину излучательного перехода между двумя состояниями разной мультиплетности. Например, излучательный переход возбуждённого триплетного состояния T<sub>1</sub> в основное состояние S<sub>0</sub>. Синглет-триплетные переходы имеют квантовомеханический запрет, поэтому [[время жизни]] возбуждённого состояния при фосфоресценции составляет порядка 10<sup>−3</sup>−10<sup>−2</sup> с<ref>{{Cite web|url=https://stormoff.ru/mediacenter/articles/article_92/|title=Основные понятия и значения во флуоресцентной микроскопии|publisher=stormoff.ru|accessdate=2020-01-07|archive-date=2019-11-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20191118083957/http://www.stormoff.ru/mediacenter/articles/article_92/|deadlink=no}}</ref>.

== Происхождение термина ==
Термин «флуоресценция» происходит от названия [[минерал]]а [[флюорит]], у которого она впервые была обнаружена, и {{lang-lat|-escent}} — суффикс, означающий слабое действие.

== История изучения ==
Впервые флуоресценцию соединений хинина наблюдал физик [[Стокс, Джордж Габриель|Джордж Стокс]] в 1852 году.

== Теоретические основы ==
[[Файл:Stokes shift rus.png|270пкс|справа]]

Согласно представлениям [[Квантовая химия|квантовой химии]], [[электрон]]ы в атомах расположены на [[Энергетический уровень|энергетических уровнях]]. Расстояние между энергетическими уровнями в молекуле зависит от её строения. При облучении вещества светом возможен переход электронов между различными энергетическими уровнями. Разница энергии между энергетическими уровнями и частота колебаний поглощённого света соотносятся между собой уравнением (II постулат Бора):
: <math>E_2 - E_1 = h\nu.</math>
После поглощения света часть полученной системой энергии расходуется в результате [[Релаксация (физика)|релаксации]]. Часть же может быть испущена в виде фотона определённой энергии<ref>{{Cite web|url=https://micro.magnet.fsu.edu/primer/techniques/fluorescence/fluorescenceintro.html|title=Molecular Expressions Microscopy Primer: Specialized Microscopy Techniques - Fluorescence - Basic Concepts in Fluorescence|publisher=micro.magnet.fsu.edu|accessdate=2020-01-07|archive-date=2020-01-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20200118114552/https://micro.magnet.fsu.edu/primer/techniques/fluorescence/fluorescenceintro.html|deadlink=no}}</ref>.

=== Соотношение спектров поглощения и флуоресценции ===
Спектр флуоресценции сдвинут относительно спектра поглощения в сторону длинных волн. Это явление получило название «[[Стоксов сдвиг]]». Его причиной являются безызлучательные релаксационные процессы. В результате часть энергии поглощённого фотона теряется, а испускаемый фотон имеет меньшую энергию, и, соответственно, большую длину волны<ref>{{Cite web |url=http://www.nytek.ru/Article_493.html |title=Стоксов сдвиг в растворах и газах. Независимость спектра испускания от длины волны поглощения. Правило зеркальной симметрии и исключения из него. |access-date=2009-09-11 |archive-date=2009-12-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20091225104607/http://www.nytek.ru/Article_493.html |deadlink=no }}</ref><ref>{{Cite web|url=https://micro.magnet.fsu.edu/optics/lightandcolor/sources.html|title=Molecular Expressions: Science, Optics, and You: Light and Color - Sources of Visible Light|publisher=micro.magnet.fsu.edu|accessdate=2020-01-07|archive-date=2019-03-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20190311110843/http://micro.magnet.fsu.edu/optics/lightandcolor/sources.html|deadlink=no}}</ref>.

=== Схематическое изображение процессов испускания и поглощения света. Диаграмма Яблонского ===
Схематически процессы поглощения света и флуоресценции показывают на диаграмме Яблонского.
[[Файл:Jablonski diagram rus.png|center]]
При нормальных условиях большинство молекул находятся в основном электронном состоянии <math>S_0</math>. При поглощении света молекула переходит в возбуждённое состояние <math>S_1</math>. При возбуждении на высшие электронные и колебательные уровни избыток энергии быстро расходуется, переводя флуорофор на самый нижний колебательный подуровень состояния <math>S_1</math>. Однако, существуют и исключения: например, флуоресценция азулена может происходить как из <math>S_1</math>, так и из <math>S_2</math> состояния.

=== Квантовый выход флуоресценции ===
[[Квантовый выход]] флуоресценции показывает, с какой эффективностью проходит данный процесс. Он определяется как отношение количества испускаемых и поглощаемых фотонов. Квантовый выход флуоресценции может быть рассчитан по формуле

: <math> \Phi = \frac {N_{em}} {N_{abs}} </math>

где <math>{N_{em}}</math> — количество испускаемых в результате флуоресценции фотонов, а <math>{N_{abs}}</math> — общее количество поглощаемых фотонов. Чем больше квантовый выход [[флюорофор|флуорофора]], тем интенсивнее его флуоресценция.
Квантовый выход можно также определить с помощью упрощённой диаграммы Яблонского<ref>Joseph R. Lakowicz. Principles of
Fluorescence Spectroscopy / R. J. Lakowicz. -N.Y.: Springer Science, 2006. — 960 p.</ref>, где <math>{\Gamma}</math> и <math>k_{nr}</math> — константы скорости излучательной и безызлучательной дезактивации возбуждённого состояния.
[[Файл:Simple two level diagram.JPG|center]]

Тогда доля флуорофоров, возвращающихся в основное состояние с испусканием фотона, и, следовательно, квантовый выход:

: <math> \Phi = \frac {\Gamma} {\Gamma+k_{nr}} </math>

Из последней формулы следует, что <math>\Phi \rightarrow 1 </math> если <math> \frac {k_{nr}} {\Gamma} \rightarrow 0 </math>, то есть если скорость безызлучательного перехода значительно меньше скорости излучательного перехода. Отметим, что квантовый выход всегда меньше единицы из-за [[Стокс, Джордж Габриель|стоксовых]] потерь.

== Флуоресцентные соединения ==
[[Файл:Fluorescence.JPG|thumb|Флюоресценция в ультрафиолетовом свете 0,0001 % водных растворов: голубым — хинина, зелёным — флуоресцеина, оранжевым — родамина-B, жёлтым — родамина-6G]]
К флуоресценции способны многие органические вещества, как правило содержащие систему сопряжённых π-связей. Наиболее известными являются [[хинин]], [[метиловый зелёный]], [[метиловый синий]], [[феноловый красный]], [[кристаллический фиолетовый]], [[бриллиантовый крезиловый синий]], {{iw|POPOP|POPOP|en|POPOP}}, [[флуоресцеин]], [[эозин]], [[акридиновые красители]] ([[акридиновый оранжевый]], [[акридиновый жёлтый]]), [[родамин]]ы (родамин 6G, родамин B), [[нильский красный]] и многие другие.

== Применение ==

=== В производстве красок и окраске текстиля ===
{{нет ссылок в разделе|дата=13 июня 2021}}
[[Файл:Fluorescent leg warmers (3497879747).jpg|мини|Флюоресцирующие элементы одежды в свете [[Фотовспышка|фотовспышки]] с яркими оттенками]]
Флуоресцентные пигменты добавляются в [[краски]], [[фломастер]]ы, а также при окраске [[текстиль]]ных изделий, предметов обихода, украшений и т. п. для получения особо ярких («кричащих», «кислотных») цветов с повышенным спектральным [[альбедо]] в нужном диапазоне длин волн, иногда превышающим 100 %. Данный эффект достигается за счёт того, что флуоресцентные пигменты преобразуют содержащийся в [[Естественное освещение|естественном свете]] и в свете многих искусственных источников ультрафиолет (а также для жёлтых и красных пигментов, коротковолновую часть видимого спектра) в излучение нужного диапазона, делая цвет более интенсивным. Особой разновидностью флуоресцентных текстильных пигментов является [[оптическая синька]], преобразующая ультрафиолет в излучение синего цвета, компенсирующее естественный желтоватый оттенок [[Ткань|ткани]], чем достигается эффект белоснежного цвета [[Одежда|одежды]] и [[Постельное бельё|постельного белья]]. Оптическая синька применяется как при фабричной окраске тканей, так и для освежения цвета при [[Стирка|стирке]], в [[стиральный порошок|стиральных порошках]]. Аналогичные пигменты применяются и в производстве многих сортов бумаги, включая [[Бумага|бумагу]] для повседневного офисного использования. В ней содержание пигмента с синькой, как правило, наибольшее. 

Флуоресцентные краски, в сочетании с «[[Лампа чёрного света|чёрным светом]]», часто используются в [[дизайн]]е [[дискотека|дискотек]] и [[Ночной клуб|ночных клубов]]. Практикуется также применение флуоресцентных пигментов в [[Краска для татуировки|красках для татуировки]].

=== В технике ===
В технические жидкости, например — [[антифриз]]ы, часто добавляют флюоресцентные добавки, облегчающие поиск течи из агрегата. В ультрафиолетовом свете подтёки такой жидкости становятся очень хорошо заметны{{нет АИ 2||13|06|2021}}.

В [[Коммунальное хозяйство|коммунальном хозяйстве]] флуоресцеин используется при проверке герметичности и поиске утечек теплоносителя в теплосетях, в том числе попадания технической воды из неё в систему питьевого водоснабжения<ref>[https://legalacts.ru/doc/prikaz-gosstroja-rf-ot-13122000-n-285/ Приказ Госстроя РФ от 13.12.2000 № 285 «Об утверждении Типовой инструкции по технической эксплуатации тепловых сетей систем коммунального теплоснабжения»] {{Wayback|url=https://legalacts.ru/doc/prikaz-gosstroja-rf-ot-13122000-n-285/ |date=20220125003122 }} // пункт 6.134.</ref><ref>[https://rg.ru/2014/10/01/reg-szfo/zelen.html Ядовито-зеленая река напугала новгородцев] {{Wayback|url=https://rg.ru/2014/10/01/reg-szfo/zelen.html |date=20220125005206 }} // 01.10.2014 г. «Российская газета».</ref><ref>[https://www.business-gazeta.ru/news/483759 Вода в трех районах Казани может окраситься в зеленый] {{Wayback|url=https://www.business-gazeta.ru/news/483759 |date=20220125003120 }} // 08.10.2020 г. «Бизнес Online».</ref><ref>[https://www.izh.ru/i/promo/46293.html Краситель выявит утечки в теплосетях Ижевска] {{Wayback|url=https://www.izh.ru/i/promo/46293.html |date=20200105171432 }} // 16.02.2018 г. Сайт ИАУ Администрации г. Ижевска.</ref>.

=== В биологии и медицине ===
[[Файл:Fluorescence of chlorophyll under UV light.jpg|thumb|150px|Флюоресценция (снизу) под ультрафиолетовым освещением спиртового раствора [[хлорофилл]]а]]
{{главная|Флуоресценция в биологических исследованиях}}
В биохимии и молекулярной биологии нашли применение флуоресцентные зонды и красители, которые используются для визуализации отдельных компонентов биологических систем. Например, [[эозинофил]]ы (клетки [[Кровь|крови]]) называются так потому, что имеют сродство к [[эозин]]у, благодаря чему легко поддаются подсчёту при [[Анализ крови|анализе крови]].

В [[Эпидемиология|эпидемиологии]] и [[Коммунальная гигиена|коммунальной гигиене]] флуоресцеин может быть использован при эпидрасследованиях случаев кишечных инфекций с водными [[Механизм передачи инфекции|путями передачи]], а именно для поиска мест загрязнения [[водоём]]ов, [[Водоносный горизонт|водоносных горизонтов]], систем питьевого [[Водоснабжение|водоснабжения]] просачиванием в них содержимых [[Выгребная яма|выгребных ям]], [[септик]]ов, систем [[Канализация|канализации]]<ref>''Хотько Н. И., Дмитриев А. П.'' Водный фактор в передаче инфекций // Пенза: [[Пензенский государственный университет|ПГУ]], 2002. — 232 с. УДК 616.9 – 036.2. — С. 50, 114-115, 190-191.</ref>.

=== Лазеры ===
{{главная|Лазер на красителях}}
Флуорофоры с высокими квантовыми выходами и хорошей фотостойкостью могут применяться в качестве компонентов активных сред лазеров на красителях.

=== В криминалистике ===
[[Файл:050euro-uv.jpg|мини|Один из элементов защиты банкноты в 50 евро — флюоресцирующая краска некоторых элементов рисунка и флуоресцирующие полимерные нити в бумаге. Вид при ультрафиолетовом освещении]]
{{главная|Специальные химические вещества}}
Отдельные флуоресцирующие вещества используются в оперативно-разыскной деятельности (для нанесения пометок на деньги, иные предметы в ходе документирования фактов дачи взяток и вымогательства. Также могут использоваться в химловушках.

=== В гидрологии и экологии ===
Флуоресцеин был применен в 1877 для доказательства того, что реки [[Дунай]] и [[Рейн]] соединены подземными каналами.<ref>Berlman IB. 1971. Handbook of fluorescence spectra of aromatic molecules, 2nd ed. Academic Press, New York.</ref>. Краситель внесли в воды Дуная и спустя несколько часов характерную зелёную флуоресценцию обнаружили в небольшой речке, впадающей в Рейн. Сегодня флуоресцеин используют также как специфический маркёр, который облегчает поиск потерпевших крушение лётчиков в океане. Для этого просто разбивается ампула с красителем, который, растворяясь в воде, образует хорошо заметное зелёное пятно большого размера. Также флуорофоры могут использоваться для анализа загрязнения окружающей среды (обнаружение утечки нефти (масляных плёнок) в морях и океанах).

== См. также ==
* [[Люминесценция]]
* [[Фосфоресценция]]
* [[Сонолюминесценция]]
* [[Биолюминесценция]]
* [[Электрофосфоресценция]]
* [[Хемилюминесценция]]
* [[Флуориметрия]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* ''Лабас Ю. А., Гордеева А. В., Фрадков А. Ф.'' Флуоресцирующие и цветные белки // Природа, 2003, № 3.
* Векшин Н. Л. Флуоресцентная спектроскопия биополимеров. Пущино, Фотон-век, 2009.
* {{ВТ-ЭСБЕ|Флюоресценция}}
* {{Из БСЭ|заглавие=Флуоресценция}}
* Лозовская Е. [http://www.nkj.ru/archive/articles/1981/?phrase_id=2626921 Почему они светятся] // [[Наука и жизнь]], 2004, № 8.
* [http://www.nkj.ru/archive/articles/10599/ Свечение минералов] // [[Наука и жизнь]], 1998, № 5

== Ссылки ==
{{Навигация|Викисловарь=флуоресценция}}
* [http://www.nkj.ru/news/21242/ Флуоресцирующие кораллы помогут в борьбе с гриппом]

{{перевести|en|Fluorescence}}
{{Внешние ссылки}}
{{Блеск минералов}}

{{Источники искусственного света}}
[[Категория:Флуоресценция| ]]