Википедија

Флуоресценција

Емисија светлости од супстанце која је апсорбовала светлост.

Флуоресценција је појава код које материја изложена електромагнетном зрачењу емитује електромагнетно зрачење веће таласне дужине од оног којим је изложена.[1] Попут осталих врста луминисценције, флуоресценцију показују само одређени материјали.[2][3] То је облик луминисценције. У већини случајева емитована светлост има дужу таласну дужину и самим тим нижу енергију од апсорбованог зрачења. Најупечатљивији пример флуоресценције јавља се када се апсорбовано зрачење налази у ултраљубичастом делу спектра и стога је невидљиво за људско око, док је емитована светлост у видљивом делу, што флуоресцентној супстанци даје изразиту боју која се види само када је изложена УВ светлости. Флуоресцентни материјали престају да сјаје готово одмах након што се извор зрачења заустави, за разлику од фосфоресцентних материјала, који и даље емитују светлост још неко време.

Флуоресцентни минерали емитују видљиву светлост након излагања ултраљубичастом светлу
Флуоресцентни морски организми
Флуоресцентна одећа која се користи у позоришној продукцији црне светлости, Праг

Флуоресценција има много практичних примена, укључујући минералогију, гемологију, медицину, хемијске сензоре (флуоресцентна спектроскопија), флуоресцентно обележавање, боје, биолошке детекторе, детекцију космичких зрака, вакуумске флуоресцентне екране и катодне цеви. Њена најчешћа свакодневна примена је у флуоресцентним лампама и ЛЕД лампама, где се флуоресцентни премази користе за претварање краткоталасне УВ светлости или плаве светлости у жуту светлост дужих таласа, чиме опонашају топло светло енергетски неефикасних инкандесцентних лампи.

Флуоресценција се такође често јавља у природи у неким минералима и у многим биолошким облицима у свим краљевствима живота. Ово се понекад назива биофлуоресценцијом да би се указало да флуорофор потиче из живог организма (за разлику од вештачког додавања боје). Међутим, у многим случајевима супстанца може бити флуоресцентна чак и ако је организам мртав, те је флуоресценција и даље преферирани термин.

Историја уреди

 
Lignum nephriticum чаша направљена од дрвета нараве (Pterocarpus indicus) и боца која садржи њен флуоресцентни раствор
 
Матлејлин, флуоресцентна супстанца из дрвета Eysenhardtia polystachya.

Један рани запис о флуоресценцији је оставио 1560. Бернардино де Саагун, а Никола Монардес исту појаву описао у инфузији познатој као lignum nephriticum (латински за „бубрежно дрво“) 1565. године. Она је била формирана од две врсте дрвета, Pterocarpus indicus и Eysenhardtia polystachya''.[4][5][6][7] Хемијско једињење одговорно за ову флуоресценцију је матлејлин, које је производ оксидације једног од флавоноида који су присутни у овом дрвету.[4]

Године 1819, Едвард D. Кларк[8] и 1822. Рене Жист Аиј[9] су описали флуоресценцију у флуорита, сер Дејвид Брустер је описао феномен хлорофила 1833. године,[10] а сер Џон Хершел је то учинио за кинин 1845. године.[11][12]

У свом раду из 1852. године о „рефракбилности“ (промени таласне дужине) светлости, Џорџ Габријел Стокс је описао способност флуорспара и уранијумског стакла да промене невидљиву светлост изван љубичастог краја видљивог спектра у плаву светлост. Он је назвао је овај феномен флуоресценцијом: „Готово сам склон да срочим реч и појаву називам флуоресценцијом, од флуор-спар [тј. флуорит], јер аналогни израз опалесценција потиче од имена минерала.“[13] Име је изведено из минерала флуорит (калцијум дифлуорид), чији неки примери садрже трагове двовалентног европијума, који служи као флуоресцентни активатор за емитовање плаве светлости. У кључном експерименту користио је призму за изолацију ултраљубичастог зрачења из сунчеве светлости и посматрао плаву светлост коју емитује етанолни раствор кинина који јој је изложен.[14]

Теорија уреди

 
Фрак-Кондонов дијаграм: Слика приказује апсорпцију зрачења из основног електронског стања (Е0) у друго вибрационо стање (v'=2) побуђеног електронског стања (Е1). Емисија фотона је из (v'=0) у друго вибрационо стање основног електронског стања (v”=2).
 
Флуоресцеин флуоресцира зелено кад се изложи ултраљубичастомзрачењу

Флуоресценција настаје када фотон упадног зрачења побуди електрон молекула у неко побуђено стање.[15] Молекул се из побуђеног стања може вратити у основно стање било емитовањем фотона, било без емитовања фотона - нерадијативним путем. Како сваки молекул показује вибрације које су квантизоване, побуђивањем електрона из основног стања, молекул ће се побудити у неко побуђено вибрационо стање побуђеног електронског стања. Које ће вибрационо стање бити највише побуђено зависи од преклапања таласних функција основног вибрационог стања основног електронског стања и вибрационих стања побуђеног електронског стања, а описује се Франк-Кондоновим принципом.

Молекули у побуђеним вибрационим стањима се брзо (унутар наносекунде) релаксирају у основно стање датог електронског стања нерадијативним путем. Молекули у побуђеном електронском стању, који се нађу у основном вибрационом стању могу емитовањем фотона да пређу у основно електронско стање. У које ће вибрационо стање основног електронског стања молекул да пређе опет зависи од преклапања вибрационих таласних функција. Молекул која се нађе у основном електронском стању, опет пролази кроз нерадијативну релаксацију вибрационих стања, док се не нађе у основном вибрационом стању. Разлика у енергијама фотона упадног и емитованог зрачења је последица вибрацијских релаксација основног и побуђеног електронског стања.

Флуоресценција је веома брз процес. Она је реда величине наносекунде. Важно је да се током свих промена који се догађају приликом флуоресценције не мења мултиплицитет електронских стања. Како су молекули најчешће у синглетном стању, молекули у побуђеном стању такође морају да буду у синглетном стању. Промјена мултиплицитета догађа се приликом сличног процеса фосфоресценције.

Флуоресценцију показују само неки молекули, те неки кристали. Важно је да се вибрациона стања основног електронског стања не мешају с вибрационим стањима побуђеног електронског стања, јер би иначе била омогућена потпуна нерадијативна релаксација до основног вибрационог стања основног електронског стања.

Флуоресценција није једини процес коме молекул може да подлегне након апсорпције фотона. Учинак флуоресценције се може дефинисати величином квантни принос:

 

где је   број емитованих фотона, а   број апсорбованих фотона.

Примена флуоресценције уреди

 
Флуоресцентна сијалица

Флуоресценција се користи у флуоресцентним сијалицама. Унутрашњост флуоресцентне сијалице је испуњена гасом под ниским притиском, у које се налазе електроде. Кад се електроде ставе под електрични напон гас светли, углавном емитујући ултраљубичасто зрачење. Материја која је нанесена на унутрашње зидове флуоресцентне сијалице апсорбује ултраљубичасто зрачење и процесом флуоресценције емитује видљиво зрачење веће таласне дужине. На тај начин флуоресцентне сијалице емитују већи део зрачења у видљивом подручју.

Флуоресценција се користи и у аналитичке сврхе: материје које флуоресцирају могу се детектовати у врло ниским концентрацијама.

Биохемија и медицина уреди

 
Ендотелне ћелије под микроскопом са три засебна канала која означавају специфичне ћелијске компоненте
 
Електрофореза на гелу: Флуоресцентна боја етидијум бромид се везује за ДНК и показује подручја где се хроматографске фракције налазе.

Флуоресценција се у наукама о животу углавном користи као недеструктиван начин праћења или анализе биолошких молекула помоћу флуоресцентне емисије на специфичној фреквенцији где нема позадинске побудне светлости. Релативно мали број ћелијских компонената је природно флуоресцентан (има унутрашњу или аутофлуоресценцију). Заправо, протеини или друге компоненте се могу бити обележити вештачким флуорофорима, флуоресцентним бојама која могу да буду мали молекул, беланчевина, или квантна тачке. Тај поступак налази налази примену у многобројним биолошким испитивањма.[2]

У биологији се различите ћелијске структуре могу обојити флуоресцентном бојом и тако учинити видљивим. Посебно је важна је боја етидијум бромид, која се везује за ДНК молекуле улазећи између нуклеотида.

Квантификација боје се врши помоћу спецтрофлуорометра. Постоји и низ додатних примена:

  • Скенирањем јачине флуоресценције широм равни добија се флуоресцентни микроскопски приказ ткива, ћелија, или субцелуларних структура. То се постиже путем обележавања антителом са флуорофором, и омогућавања антителу да нађе циљни антиген у узорку. Обележавање са више антитела са различитим флуорофорима омогућава визуелизацију више циљева у истој слици. ДНК микроарејеви су варијанта овог поступка.
  • Аутоматизовано ДНК секвенцирање методом терминације ланца; свака од четири различите ланац-терминирајуће базе има своју специфичну флуоресцентну ознаку. Кад се означени ДНК молекули раздвоје, флуоресцентна етикета се побуди УВ извором и идентитет терминалне базе се одреди користећи таласну дужину емитоване светлости.

Види још уреди

Референце уреди

  1. ^ Principles Of Instrumental Analysis F.James Holler, Douglas A. Skoog & Stanley R. Crouch 2006
  2. ^ а б Lakowicz, Joseph R. (2006). Principles of fluorescence spectroscopy. Springer. стр. xxvi. ISBN 9780387312781. Приступљено 16. 4. 2011. 
  3. ^ Peter Atkins; Julio de Paula (2001). Physical Chemistry (7th изд.). W. H. Freeman. ISBN 0716735393. 
  4. ^ а б Acuña, A. Ulises; Amat-Guerri, Francisco; Morcillo, Purificación; Liras, Marta; Rodríguez, Benjamín (2009). „Structure and Formation of the Fluorescent Compound of Lignum nephriticum” (PDF). Organic Letters. 11 (14): 3020—3023. PMID 19586062. doi:10.1021/ol901022g. Архивирано (PDF) из оригинала 28. 7. 2013. г. 
  5. ^ Safford, William Edwin (1916). „Lignum nephriticum” (PDF). Annual report of the Board of Regents of the Smithsonian Institution. Washington: Government Printing Office. стр. 271—298. 
  6. ^ Valeur, B.; Berberan-Santos, M. R. N. (2011). „A Brief History of Fluorescence and Phosphorescence before the Emergence of Quantum Theory”. Journal of Chemical Education. 88 (6): 731—738. Bibcode:2011JChEd..88..731V. S2CID 55366778. doi:10.1021/ed100182h. 
  7. ^ Muyskens, M.; Ed Vitz (2006). „The Fluorescence of Lignum nephriticum: A Flash Back to the Past and a Simple Demonstration of Natural Substance Fluorescence”. Journal of Chemical Education. 83 (5): 765. Bibcode:2006JChEd..83..765M. doi:10.1021/ed083p765. 
  8. ^ Clarke, Edward Daniel (1819). „Account of a newly discovered variety of green fluor spar, of very uncommon beauty, and with remarkable properties of colour and phosphorescence”. The Annals of Philosophy. 14: 34—36. Архивирано из оригинала 17. 1. 2017. г. „The finer crystals are perfectly transparent. Their colour by transmitted light is an intense emerald green; but by reflected light, the colour is a deep sapphire blue'” 
  9. ^ Haüy merely repeats Clarke's observation regarding the colors of the specimen of fluorite which he (Clarke) had examined: Haüy, Traité de Minéralogie, 2nd ed. (Paris, France: Bachelier and Huzard, 1822), vol. 1, p. 512 Архивирано 17 јануар 2017 на сајту Wayback Machine. Fluorite is called "chaux fluatée" by Haüy: "... violette par réflection, et verdâtre par transparence au Derbyshire." ([the color of fluorite is] violet by reflection, and greenish by transmission in [specimens from] Derbyshire.)
  10. ^ Brewster, David (1834). „On the colours of natural bodies”. Transactions of the Royal Society of Edinburgh. 12 (2): 538—545. doi:10.1017/s0080456800031203. Архивирано из оригинала 17. 1. 2017. г.  On page 542, Brewster mentions that when white light passes through an alcoholic solution of chlorophyll, red light is reflected from it.
  11. ^ Herschel, John (1845). „On a case of superficial colour presented by a homogeneous liquid internally colourless”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 135: 143—145. doi:10.1098/rstl.1845.0004  . Архивирано из оригинала 24. 12. 2016. г. 
  12. ^ Herschel, John (1845). „On the epipŏlic dispersion of light, being a supplement to a paper entitled, "On a case of superficial colour presented by a homogeneous liquid internally colourless"”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 135: 147—153. doi:10.1098/rstl.1845.0005  . Архивирано из оригинала 17. 1. 2017. г. 
  13. ^ Stokes, G. G. (1852). „On the Change of Refrangibility of Light”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 142: 463—562. doi:10.1098/rstl.1852.0022  . Архивирано из оригинала 17. 1. 2017. г.  From page 479, footnote: "I am almost inclined to coin a word, and call the appearance fluorescence, from fluor-spar, as the analogous term opalescence is derived from the name of a mineral."
  14. ^ Stokes (1852), pages 472–473. In a footnote on page 473, Stokes acknowledges that in 1843, Edmond Becquerel had observed that quinine acid sulfate strongly absorbs ultraviolet radiation (i.e., solar radiation beyond Fraunhofer's H band in the solar spectrum). See: Edmond Becquerel (1843) "Des effets produits sur les corps par les rayons solaires" Архивирано 31 март 2013 на сајту Wayback Machine (Он тхе еффецтс продуцед он субстанцес бy солар раyс), Цомптес рендус, 17 : 882–884; он паге 883, Бецqуерел цитес qуинине ацид сулфате ("сулфате ациде де qуинине") ас стронглy абсорбинг ултравиолет лигхт.
  15. ^ Доналд А. МцQуаррие; Јохн D. Симон (1997). Пхyсицал Цхемистрy: А Молецулар Аппроацх (1ст изд.). Университy Сциенце Боокс. ИСБН 0935702997. 

Литература уреди

Спољашње везе уреди

 
Флуоресценција на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fluorescencija&oldid=27558270”