3. Испускание и поглощение энергии молекулами.

Молекулы, как и атомы, являются квантовыми системами и описываются уравнением Шредингера, учитывающим движение электронов в молекулах, колебания атомов молекул, вращение молекул в пространстве. Решение этого уравнения – очень сложная задача, которая обычно разбивается на две: для электронов и ядер. Согласно квантовой теории энергия изолированной молекулы (E) состоит из следующих частей:

Е = Е _эл + Е_кол + Е _вращ , ( формула 10)

где Е_эл – энергия движения электронов относительно ядер, Е_кол – энергия колебаний ядер, в результате которых периодически изменяется относительное положение ядер; Е_вращ – энергия вращения ядер ( в результате которых периодически изменяется ориентация молекул в пространстве). Причем, Е _эл >> Е_кол >> Е_вращ . Каждая из входящих в формулу 10 энергий квантуется и определяется квантовыми числами - главным квантовым числом n, колебательным квантовым числом υ и вращательным квантовым числом j. При переходе молекулы из одного энергетического состояния в другое поглощается или испускается квант энергии . При поглощении (или излучении) достаточно большого кванта энергии молекулой одновременно могут измениться сразу энергия движения электронов, энергия колебаний и вращения. При этом образуется сложный электронно-колебательно-вращательный спектр излучения (поглощения), который состоит из большого числа спектральных линий, образующих отдельные «полосы». Таким образом, типичные молекулярные спектры – полосатые, представляющие собой совокупность более или менее узких полос в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях.

4. Люминесценция. Виды люминесценции. Использование люминесценции в медицине

Люминесценцией называют избыточное над тепловым излучение тела при данной температуре, имеющее длительность, значительно превышающую период излучаемых световых волн (10 ^–15 с). В зависимости от вида возбуждения различают несколько видов люминесценции. Люминесценция, вызванная заряженными частицами: ионами – ионолюминесценция, электронами - катодолюминесценция, ядерным излучением – радиолюминесценция и т. д. Люминесценция, сопровождающая химические реакции, называется хемилюминесценцией. Она испускается либо непосредственно продуктами реакции и, либо другими компонентами, которые возбуждаются в результате переноса энергии им от продуктов реакции. Частное проявление хемилюминесценции – свечение, сопровождающее химические реакции биологических объектов, - называют биохемилюминесценцией.

Люминесценцию под действием фотонов (видимого и ультрафиолетового излучения) называют фотолюминесценцией. Фотолюминесценция, подразделяется на флуоресценцию (кратковременное послесвечение) и фосфоресценцию (сравнительно длительное послесвечение). Эти два явления имеют разную квантово – механическую природу излучения. Подробно это разбирается в учебнике Ремизова. Для фотолюминесценции в основном справедлив закон Стокса: спектр фотолюминесценции сдвинут в сторону длинных волн относительно спектра, вызвавшего эту фотолюминесценцию.

Ряд биологически функциональных молекул, например молекулы белков, обладают флуоресценцией. Параметры флуоресценции чувствительны к структуре окружения флуоресцирующей молекулы, поэтому по люминесценции можно ощущать химические превращения и межмолекулярные превращения. Люминесцентный анализ микроскопических объектов проводят с помощью специальных люминесцентных микроскопов, в которых в отличии от обычных источников света, как правило, используются ртутные лампы высокого и сверхвысокого давлений. На основе фотолюминесценции созданы источники света, спектр которых больше соответствует дневному свету, чем у ламп накаливания. Это имеет большое значение как для производственных так и для гигиенических целей. В таких люминесцентных лампах, называемых лампами дневного света, происходит электрический разряд в парах ртути при низком давлении (электролюминесценция). На внутренней поверхности лампы, сделанной из обычного стекла, нанесен тонкий слой люминофора, который фотолюминесцирует под воздействием излучения паров ртути.