А.В. Гармаш - Введение в спектроскопические метода анализа. Оптические методы анализа, страница 12

13). Вероятность антистоксовых процессов, очевидно, меньше, чем стоксовых, поскольку заселенность выспшх колебательных уровней меньше, чем основного. Правило зеркальной симметрии. Оио было сформулировало В.Л.Левшииым и гласит следующее: спектры флуоресдеиции и поглошеиия одного и того же вещества, иормироваииые к их максимумам'1, зеркально симметричны отиосительио вертикали.

проходящей нерпу точку их пересечения (рис. 19,а). Пояснение правила зеркальной симметрии дает рис. 19б. Как видно из него, если в основном и возбуждеииом электронном состояниях структура колебательных уровней примерно одина- Рис.19. Стоксое !'1) и оюаислтоксае !'1) процессы люминесценции Рисцр. Правило зеркальной глсиамтрии !'о) и его иллюсгирацил !'6). 1 - спектр люминесценции, 1 — снектр иоглоинмил кова 1как правило, это тах), то каждому абсорбциоииому переходу с энергией Еа.о +гзЕкал соответствует эмиссиоииый переход с энергией Еа-о -узЕ„,л.

Таким обра- '!Нормировка к максимуму означает, что па оси ординат спектров вместо венички ! и А аткввлывают, соответственна. 1Д и А,'А . Без опврапии нормировки сопоставление спектров люминсспсигзии и паглаазснил некорректна, так кек 1 и А имек т ра~ную размераасгь 33 зом, энергии абсорбционных и эмиссионных переходов "зеркально симметричныо относительно величины Ео о. — энергии чисто электронного перехода.

Приведенные рассуждения показывают, что для проверки правила зеркальной симметрии по спектральной оси абсцисс следует откладывать энергию квантов или пропорциональную ей величину (частоту, волновое число), но не длину волны, когорая обратно пропорциональна энергии. Детальное квантовомеханическое рассмотрение правила зеркальной симметрии, проведенное Д.И.Блохинцевым, показало, что оно соблюдается более строго, если для построения нормированных спектров использовать не величины 1 и А, а, соответственно, 11о4 и А)к.

Точка пересечения нормированных спектров, построенных в этих координатах, позволяет весьма точно определить частоту оо-к Правило зеркальной симметрии справедлнво только для молекулярной флуоресцеицви (нормальной н замедленной). Для фосфоресценцни, а также большинства видов рекомбинапионной люминесценции оно не соблюдается. 5.4 Инпенсиеность люминесценции и факшоры, влияющие на нее Из определения энергетического выхода люминесценции 1люм фзо1н (5.4.1) Из закона Бугера — Ламберта-Бера (2.2.5, с. 14) 1....-1 -1 = (о(1-1а.ь) (5.4.2) Таким образом, 1о„„=ф 1,(1-1О"ь) (5.4.3) Если е!с«1, то 10 ™ 1-2.303о)с и 1лим 2 303фэн)ое)с (5.4.4) Таким образом, на интенсивность люминесценции влияют следующие факторы.

Концентрация 'поминесцирующих частиц с. Характер этой зависимости подробно обсуждается в следующем разделе. Длина волны возбуждающего света Х, от которой зависит величина о. Наибольшая интенсивность люминесценции достигается при облучении светом с Х = 鄄— длиной волны в максимуме поглощения люминесцирующего вещества. Интенсивность источника света 1о. В этом отличие люминесценции от абсорбцион- ных методов анализа, в которых величина аналитического сигнала (оптическая плотно- сть) не зависит от интенсивности источника.

Величина энергетического выхода ф„„которая, в свою очередь, зависит от многих факторов. Основные из пих следующие. Температура. С ростом температуры выходы люминеспенцни (как энергетический, так и квантовый) резко падают ввиду большей вероятности безыэлучатсльной релакса- ции из-за столкновений молекул. Люминесцендию многих веществ можно наблюдать только прн температуре жидкого азота. Особенно чувствительна к температуре интен- сивность фосфоресценцин; вероятность конкурирующей релаксации в этом случае особенно велика из-за долгого времени пребывания частицы в возбужденном триплст- ном состоянии. В случае атомной флуоресценции, происходящей при высокой темпера- туре, выходы люминесценции крайне невелики.

Поэтому для изучения атомной флуо- ресценции требуются особо мощные источники света. Наличие посторонних компонентов. Люмииесценшщ — процесс, краяне чувствите- льный к физико-химическому состоянию вещества. Взаимодействие излучающих частиц с посторонними компонентами, даже находящимися в малых концентрациях, может снизить выход люминесценции вплоть до полного ее исчезновения (примесиое тушение люминесцендии). Особенно эффекулвны как тушнтели частицы, имеющие неспаренные электроны, — например, молекулярный кислород.

На эффекте примесного тушения основано много методик косвенного люмипесцентного определения кислорода. Концентрация люминесцируюших частиц также влияет на выход люминесценции по тем же самым причинам. Обычно с ростом концентрации выходы люминесценции уменьшаются (коицеитрациоияое тушение). 5.5. Зависимость интенсивности люминесценции от концентрации Уравнение (5.4.4) показывает, что между интенсивностью люмлиссценции 1 и концентрацией с существует прямо пропорциональная связь.

Однако на интенсивность люминесценции влияет множество факторов, приводящих к нарушеникэ линейности этой зависимости. Основные из них следующие. 1. Из характера допущений, сделанных при выводе соотношения (5.4.4), следует, что эта зависимость лишь приблюкеиио линейная в области малых концентраций. Более строгое соотношение (5.4.3) можно считать практически линейным лишь при и1с - 0 01. 2. Уравнение (5.4.3) и его предельиьш случай — (5.4.4) — справедливы лишь для бесконечно тонко~о слоя люминесцирующей среды.

При конечной толщине слоя интенсивность люминесценции, как н любого эмиссионного процесса. снижается вслсдствис самопоглощеиия (с. 24), а также эффекта внутреннего фильтра. Последний заключается в том, что эффективность возбуждающего излученив снижается по мере проникновения в толщу среды вслелстаие его поглощения. 3. Как отмечалось выше (раэд. 5.4), с ростом концентрации вещества происходит уменыпение выхода люминесценции — коицевтрадиоинее тушеииег1 вследствие изменения фпзнхо-химической формы существования вещества (агрегация и т.д.). Все указанные причины приводят к отрицательным отклонениям градунровочной характеристики от линейности.

Заметим, что в люминесцентном методе немонохроматнчность источника возбуждающего света не приводит к нарушению линейности градунровочной характеристики (в том диапазоне концентраций, в котором ее вообще можно считать линейной, т.е. где с достаточной точностью соблюдается соотношение (5,4.4)).

Действительно, применяя схему рассуждений, изложенную в разд 2.3, получаем: 1аюм = 2.303(фэнг1ог ее е фэат1шет)1с (5.5.1) Эта зависимость является линейной относительно с. 5.б. Метрологические характеристики пюминесцентных методов Нижняя граница определяемык содержаний. По чувствительности методы как молекулярной, так и атомной люминесценции на 2-4 порядка превосходят соответ. ствуюшие абсорбционные (спектрофотометрню н атомную абсорбцию, по крайней мере в пламенном варианте). Нижние границы определяемых концентраций могут достигать 1О а-1О эмку!мл. Столь низкие величины связаны в первую очередь с прямым способом измерения аналитического сшнала и эмиссионных методах — в отличие от косвенного в абсорбционных (равд. 2.1).

Непосредственно измерить мадые значения интенсивности света не представляет особых проблем; для измерения жс малых оптических плотностей требуется фактически измерить малую разность между двумя больпгимн величинами интенсивностей световых потоков, что трудно сделать с высокой точностью. Фактор, снижающий чувствительность эмиссионных методов по сравнению с абсорбпионными — малая заселенность возбужденных состояний (с.

26) — применительно к люмннеспентным методам пе играет роли, поскольку здесь аналитичссхий сигнал формируют фактически те же самые частицы, что и в абсорбционных методах. Поскольку интенсивность люминесцеяции пропорциональна интенсивности возбуждающего света (уравнения 5.4.3, 5.4.4), то важным резервом повышения чувствительности служит применение мощных источников возбуждения, в первую очередь лазеров ннногаа а пвтературе панатие э«анцентрапионвое туюевиеэ вкюочэюг аее эффекты.

прнаодащие к отноеитепьноыу оиюкению дюминеоиенпин о роетом концентрации (а том чиеае эффекты оамопогггощениа и внутреннего фнаьтра). Во иэбеиавие путаницы мы употребааеы этот термин а уэком омыепе -. толька дпа абоэначенна эффекта ениэгенна амкада пюмингоценцвн е роетом концентрации. гособенно зто касается атомной флуоресцеиции). при использовании таких источников пределы обнаружения (и нижние гранины определяемых концентраций) лимитир)тотся уже не величинами измеряемых сигналов, а стандартным отклонением сигнала контрольного опыта (уровнем шумов). Верхняя граница определяемых содержаний в методах молекулярной люмпнесцеиции обычно невелика и лимитируется, в частности, эффектами конпентрационного тушения.