Теоретические основы флуоресценции

Флуоресценция — физический процесс, разновидность люминесценции. Флуоресценцией обычно называют излучательный переход возбужденного состояния с самого нижнего синглетного колебательного уровня S1 в основное состояние S0. В общем случае флуоресценцией называют разрешенный по спину излучательный переход между двумя состояниями одинаковой мультиплетности: между синглетными уровнями или триплетными. Типичное время жизни такого возбужденного состояния составляет 10?11?10?6 с. Флуоресценцию следует отличать от фосфоресценции — запрещенного по спину излучательного перехода между двумя состояниями разной мультиплетности.

Согласно представлениям квантовой химии, электроны в атомах расположены на энергетических уровнях. Расстояние между энергетическими уровнями в молекуле зависит от её строения. При облучении вещества светом возможен переход электронов между различными энергетическими уровнями (Рисунок 5).

После поглощения света часть полученной системой энергии расходуется в результате релаксации. Часть же может быть испущена в виде фотона определённой энергии. Разница энергии между энергетическими уровнями и частота колебаний поглощенного света соотносятся между собой уравнением (III постулат Бора):

(2).

где и — энергия перехода.

hн — общая энергия фотона.

Рисунок 5 — Схема энергетических переходов в молекуле при возникновении люминесценции.

Квантовый выход флуоресценции показывает, с какой эффективностью проходит данный процесс. Он определяется как отношение количества испускаемых и поглощаемых фотонов.

Квантовый выход флуоресценции может быть рассчитан по формуле:

(3).

где — количество испускаемых в результате флуоресценции фотонов.

— общее количество поглощаемых фотонов.

Ф — квантовый выход флуоресценции [16].