Флуоресценция и фосфоресценция.

Флуоресценция и фосфоресценция различаются природой квантовых переходов. В структуре энергетических уровней молекулы параллельно существуют две системы уровней: синглентные и триплетные (рис. 6.). Эти уровни различаются мультиплетностью. Мультиплетность рассчитывается как величина 2S+1, где S – спиновое квантовое число, спин электрона равен . Мультиплетность синглетных уровней равна 1. Два электрона на этих уровнях характеризуются противоположно направленными спинами: 2 (+- )+1=1. Мультиплетность триплетных уровней равна 3. Два электрона на этих уровнях характеризуются сонаправленными спинами: 2 (++ )+1=3. Основной уровень молекулы является синглетным, а возбужденные уровни могут быть и синглетными, и триплетными. Флуоресценция соответствует квантовым переходам с возбужденных синглетных уровней на основной синглетный уровень, а фосфоресценция – с возбужденных триплетных уровней на основной синглетный. Вероятность переходов между уровнями различной мультиплетностью (последний случай) очень мала. На возбужденном триплетном уровне электрон может находиться длительное время. Такой уровень называется метастабильным. И поэтому длительность фосфоресценции велика (более 10^-3 с), по сравнению с длительностью флуоресценции (10^-8 с).

Синглетная

система уровней

Триплетная

система уровней

Рис. 6. Системы синглетных и триплетных энергетических уровней молекулы.

Вопрос 5. 5 минут

5. Люминесцентный анализ. Люминесцентные метки и зонды. Медицинское применение люминесцентных методов

исследования.

Фотолюминесценция наблюдается у многих жидких и твердых тел как неорганической, так и органической природы, особенно под действием ультрафиолетового излучения.

Определение природы и состава вещества по спектру его люминесцентного излучения, называется люминесцентным анализом. Люминесцентный анализ позволяет обнаруживать люминесцентные вещества в количестве до 10^-10 г. Люминесцентный анализ используют для обнаружения начальной стадии порчи продуктов, сортировки фармакологических препаратов и диагностики некоторых заболеваний. Под действием ультрафиолетового излучения флуоресцируют многие ткани организма (ногти, зубы, непигментированные волосы, роговая оболочка, хрусталик глаза и другие). В некоторых случаях по характеру свечения можно отличить патологически измененные ткани. Характерное свечение дают бактериальные и грибковые колонии. В связи с этим люминесцентный анализ применяется при диагностике многих заболеваний, особенно в области дерматологии.

При люминесцентной микроскопии исследуются естественные препараты, имеющие собственную флуоресценцию или окрашенные флуоресцирующими красками. Источником света являются лампы ртутные высокого и сверхвысокого давления и применяются два светофильтра, один из которых расположен перед конденсатором и выделяет область спектра источника света, которая вызывает люминесценцию объекта; другой находящийся после объектива, выделяет свет люминесценции. Оптика микроскопа может быть обычной, так как через нее проходит уже видимый свет, возникший на препарате в результате флуоресценции.

Только небольшое число соединений характеризуется люминесценцией с высоким квантовым выходом. Эти соединений используют для изучения процессов, происходящих со слаболюминесциирующими или совсем не люминесциирующими соединениями. Для этого соединения из первой группы связывают с изучаемыми молекулами. Если связь ковалентная, то говорят о люминесцентных метках, если – более слабая (водородная, гидрофобная), то говорят о люминесцентных зондах.

Например, существуют соединения, которые не флуоресцируют в водных растворах, но сильно флуоресцируют, если они связаны с гидрофобными областями белков. В этом случае флуоресцентные свойства таких молекул могут быть использованы для того, чтобы охарактеризовать конформацию белка вблизи связывающего центра. Например, анилинонафталинсульфат (АНС) слабо флуоресцирует в водной среде и в других полярных растворителях; в неполярных растворителях интенсивность его флуоресценции сильно возрастает. Это свойство было использовано для доказательства гидрофобного характера места связывания гема в миоглобине, т. к. АНС связывается с миоглобином в месте связывания гема. Квантовый выход флуоресценции АНС в воде равен 0,04, а в комплексе с апомиоглобином - почти единице. (Апомиоглобином называется миоглобин без гемовой группы).