Теоретична частина

Деякі речовини здібні світитися в певних умовах при кімнатній температурі без на­грівання. Це явище виникає в наслідок того, що атоми та молекули поглинають підведену до них енергію і переходять у збуджений стан. Збуджені атоми чи молекули спроможні віддавати залишкову енергію, чи частину її у вигляді світла. Таке випромінювання світла називається холодним світінням або люмінес­ценцією. Види люмінесценції визначаються характером збудження, тривалістю світіння, будовою і хімічними властивостями речовин.

По типу збудження відомі наступні види люмінесценції:

1. Фотолюмінесценція – збудження світловою енергією.

2. Радіолюмінесценція – світіння речовин, що визвано проникливою радіацією, окремими видами якої являються:

а) катодолюмінесценція - збудження швидкими електронами;

б) рентгенолюмінесценція - збудження рентгенівським випромінюванням;

в) іонолюмінесценція - збудження прискореними іонами;

3. Хемілюмінесценція - свічення внаслідок протікання хімічних процесів.

4. Електролюмінесценція – збудження електричним полем.

5. Триболюмінесценція - люмінесценція при терті та інші.

По тривалості світіння розрізняють флуоресценцію - швидко затухаючу люмінесценцію, та фосфоресценцію – тривалу люмінесценцію.В аналітичній практиці широко використовується фотолюмінесценція - характерне світіння розчинів, що аналізуються в ультрафіолетовому світлі. При дії на речовину електромагнітних хвиль у діапазоні  = 220  450 нм (випромінювання УФ та частина видимого спектра) електрони речовини, що знаходяться на зовнішніх молекулярних орбіталях, вступають у взаємодію зі світлом. При цьому квант світла зникає, а його енергія переходе електрону, який вступив у взаємодію з квантом. У зв’язку з тим, що після взаємодії з квантом енергія електрона збільшилась, він переходе з основного синглетного стану S₀ у збуджений без зміни свого спину, тобто, теж синглетний. З енергетичного рівня електрон без випромінювання світла переходить на найнижчий збуджений енергетичний рівень , втрачаючи при цьому частину енергії, яку він одержав від кванта світла. З цього нестабільного стану електрон може повернутися у основний стабільний стан S₀ декількома шляхами:

У спрощеному вигляді процеси поглинання (збудження) і випромінювання енергії можна також предста­вити так званою діаграмою Яблонського (рис. 9.1 ).

Суцільна стрілка з індексом h позначає перехід електрона при поглинанні кванта світла (світлової енергії) у збуджений стан на рівень без зміни спину електрона. Пунктирні стрілки позначають перехід електрона на нижчі енергетичні рівні без випромінювання світла (зменшення своєї енергії шляхом розсіювання у оточуюче середовище).

Рис. 9.1. Діаграма Яблонського

(виникнення люмінесценції).

де S₀ – основний стан молекули з двома спареними електронами (нормальний, синглетний рівень); – синглетні рівні збудже­ного стану молекули; Т₁ – триплетний рівень збудженого стану.

Суцільна стрілка з індексом h^ позначає перехід електрона із нижчого синглетного збудженого стану у основний S₀ з випромінюванням світла. Цей перехід супроводжується світінням речовини після опромінювання, і називається флуоресценцією. Процес від збудження до випромінювання триває 10^-810^-12 с. Перехід із збудженого стану у збуджений стан Т₁ відбувається в результаті спин-орбітальної взаємодії збудженого електрона.

Суцільна стрілка з індексом h позначає перехід електрона із нижчого триплетного збудженого стану Т₁ у основний S₀ з випромінюванням світла. Цей перехід супроводжується світінням речовини після опромінювання, і називається фосфоресценцією. Оскільки цей перехід, згідно принципу Паулі, заборонений, то він відбувається тільки після того, як електрон змінить свій спин на протилежний. Тому цей процес від збудження до випромінювання триває від 10^-2 с до кількох хвилин.

Довжина хвиль світла, що випромінюється при флуоресценції, або при фосфоресценції, у більшості випадків, менша від тих, що були поглинуті при опромінюванні (правило Стокса). Це пояснюється витратами збудженим електроном частини поглинутої енергії при переходах на нижчі збуджені енергетичні рівні, а саме: , , T₁, відповідно.

Люмінесцентний аналіз якості харчових продуктів заснований на здатності деяких із них світитися після опромінювання ультрафіолетовим світлом. Колір флуоресценції може бути встановлений візуально. Цей швид­кий метод використовується для діагностики псування плодів та овочів, визначення сорту муки та доброякісності м'яса, якості молоч­них продуктів і харчових жирів, нешкідливості деяких продуктів хар­чування.

Для проведення лабораторної роботи використовується будь-який ультрафіо­летовий освітлювач, наприклад, УФО-254, призначений для дослідження різно­манітних речовин за їх люмінесценцією, яка збуджується ультрафіоле­товим промінням.

За допомогою флуоресценції можна виявити початок псування свіжих плодів та овочів на ранніх стадіях, коли іншими засобами це установити не можна, що дуже важливо в разі закладання продукції на тривале зберігання чи перед транспортуванням.

Лимони та апельсини мають жовту флуоресценцію з голубуватим відтінком, мандарини - темно-оранжеву із фіолетовим відтінком. У разі захворювання плодів голубою плісенню з'являється темно-синя флуоресценція у вигляді плям у цих місцях. Перевірці на мож­ливість враження голубою плісенню підлягають в першу чергу механічно пошкоджені та перезрілі плоди.