Luminescens

All energi som absorberas av systemet måste avges. Det sker på flera sätt, t.ex. i form av luminescens, värme eller konformationsförändringar i molekyler. Enligt vetenskapsmannen Sergei Vavilov: "Luminescens är överskottet av en kropps strålning över temperaturstrålningen från samma kropp i ett givet spektralområde och vid en given temperatur, som också kännetecknas av en ändlig belysningstid, dvs den försvinner inte omedelbart efter att exciteringen har avbrutits."

Typer av luminescens

Vi särskiljer olika typer av luminescens beroende på vilken faktor som får dem att lysa upp. De mest populära är:

1. Fotoluminescens, där excitationsfaktorn är elektromagnetisk strålning från det synliga, ultravioletta eller infraröda spektrumet. Den emitterade energin, i form av ljus, är vanligtvis mindre än excitationsenergin.
2. Kemiluminescens, där ett ämne exciteras av kemiska reaktioner, uppstår detta fenomen till exempel på grund av oxidation av luminol. Det används för att upptäcka blod på en brottsplats – en blandning av luminol ochväteperoxid – en stark oxidant – sprayas.
3. Bioluminescens, kännetecknad av excitation av ämnen som ett resultat av biokemiska reaktioner, kan observeras hos eldflugor. I praktiken orsakas denna typ av strålningsemission av en enzymatisk reaktion som leder till oxidation av luciferin av luciferas. Alla levande organismer har potential för bioluminescens, men den är vanligtvis för låg för att märkas.
4. Elektroluminescens, där excitationen av ett fast ämne sker i ett alternerande eller konstant elektriskt fält, medan gaser genomgår elektroluminescens under elektriska urladdningar. Detta fenomen används bland annat i lysrör, elektroluminescerande kondensatorer och bildomvandlare.
5. Röntgenluminescens är emissionen av ljus som orsakas av röntgenstrålar. Förbättrande skärmar som används för att förbättra bildkvaliteten är baserade på detta fenomen och använder kalciumwolframat.

Dessutom finns det många andra typer av luminescens, såsom radioluminescens, elektronstimulerad luminescens, sonoluminescens, triboluminescens och termoluminescens.

Fotoluminescens

Fotoluminescens är det vanligaste fenomenet vid kemisk analys. Det kan kategoriseras i två huvudkategorier enligt mekanismerna för elektroniska övergångar, eller mer levande efter tiden mellan absorption och emission av energi. Dessa är:

• Fluorescens, som är en korttidsbelysning, där det inte går mer än 10 ^-8 sekunder från energiabsorption till emission. Det inträffar i fallet med en spontan övergång från en högre energinivå hos en elektron till en lägre.
• Fosforescens är ett fenomen med långvarig belysning, som inträffar under en längre tid än 10 ^-8 s från absorptionen av energi. Ibland tar det till och med timmar eller dagar att avge ljus. Denna typ av energi kräver förekomsten av metastabila nivåer och skapas med deltagande av mediets termiska energi.

Energin för fluorescens och fosforescens är mycket lägre än energin för excitationsstrålningen. Det härrör från energinedbrytningen av molekylen genom icke-strålande, termiska övergångar. Eftersom de emitterade fotonerna har lägre energi än de exciterade, skiftar emissionsspektrumet mot längre våglängder. Fosforescensspektrumet är det mest förskjutna, eftersom övergången av det molekylära tillståndet inte sker från nivån av det nollexciterade singletttillståndet S ₁ som i fallet med fluorescens, utan från nivån av nolltripletttillståndet T ₁ till alla oscillerande- rotationsnivån för singlettjordtillståndet S ₀ . Sådana övergångar kan observeras grafiskt i Jablonski-diagrammet.

Fluorescens

Fluorescens är det mest använda fenomenet luminescens i kemisk analys. Sådan strålningsemission beskrivs av flera grundläggande egenskaper, dvs: absorptionsspektrum, fluorescensspektrum, absolut fluorescenskvanteffektivitet och emissionens varaktighet. Det absoluta kvantutbytet är förhållandet mellan antalet kvanta av den emitterade strålningen och antalet kvanta för excitationsstrålningen. Emissionens varaktighet är den tid under vilken fluorescensintensiteten avtar till ett visst värde. Koncentrationssläckning är också ett intressant fenomen. Det kännetecknas av koncentrationsgränsen för fosforn i lösningen, bortom vilken fluorescensen börjar minska. En fosfor är en kemisk förening som uppvisar luminescens. Dessa är t.ex. polymerer, eosin, ZnS-sulfider och yttriumoxisulfider.

Fotoluminescens av organiska föreningar

Det visar sig att det finns många regelbundenheter som organiska molekyler visar i förhållande till fotoluminescens. Deras fluorescensband förskjuts i förhållande till absorptionsbandet mot längre våglängder, men spektra överlappar delvis. Det finns också ett proportionellt samband mellan excitationsljusintensiteten, absorptionen och kvantutbytet av fluorescens och fluorescens. Därför är det möjligt att använda det i kvalitativ och kvantitativ analys. Kvantitativ analys med användning av detta fenomen kallas spektrofluorimetri. Tekniken har en lägre detektionsgräns jämfört med absorptionsspektrofotometri och är mycket selektiv. Selektivitet är resultatet av det faktum att specifika kemiska föreningar, derivat av arylföreningar, som har ett konjugerat system av dubbelbindningar, genomgår fluorescens. I praktiken betyder detta att ju fler aromatiska ringar i strukturen, desto starkare är kemikaliens fluorescerande egenskaper. Tillämpningen av spektrofluorimetri i organisk kemi inkluderar analys av biologiskt aktiva föreningar, såsom vitaminer, aminosyror , proteiner; läkemedel, inklusive antibiotika; livsmedelsföreningar som kolhydrater och fetter och miljögifter som PAH (polycykliska aromatiska kolväten).

Spektrofluorimetri av oorganiska föreningar

Oorganiska kemianalyser baserade på fenomenet fluorimetri utförs med hjälp av mekanismen för bildning av kelatkomplex mellan element som aluminium, beryllium, magnesium, kalcium och sällsynta jordartsmetaller med lämpliga organiska ligander. Dessa komplex uppvisar en specifik fluorescens och detektionsgränserna är mycket låga.

Tabell 1. Exempel på reagens som används för fluorimetrisk bestämning av metaller och LoD.