Люмінесцентний аналіз

Люмінесцентним аналізом називається сукупність методів аналізу, заснованих на спостереженні явища люмінесценції. За визначенням, даним В. Л. Левшиним, люмінесценція – це світіння атомів, молекул, іонів і інших більш складних комплексів, яке виникає в результаті електронного переходу в цих частках при їхньому поверненні зі збудженого стану в нормальний.

Звідси випливає, що для збудження люмінесценції необхідно підводити енергію ззовні, оскільки вона втрачається при випромінюванні, тому види люмінесценції можна класифікувати за зовнішнім джерелом збудження енергії (табл. 2). Найчастіше в аналітичній хімії використовують фотолюмінесценцію і хемілюмінесценцію.

Висока чутливість визначення, великий діапазон обумовлених вмістів

(іноді до 4 порядків величин концентрацій) при високій відтворюваності результатів аналізу і визначили розвиток люмінесцентного методу аналізу.

Люмінесценцію часто спостерігають у повсякденному житті. Здатністю до люмінесценції володіють деякі види глибоководних риб, мікроорганізмів. На сонячному світлі люмінесціюють деякі тонізуючі напої (через добавки хініну); бензин, що містить поліциклічні ароматичні вуглеводні (нафталін, антрацен і ін.); деякі ліки та наркотики. Світяться деякі мінерали і руди (наприклад, уранові). Щодня ми бачимо екрани телевізорів, що світяться.

Таблиця 2 - Класифікація методів люмінесценції за способами збудження

Джерело збудження	Вид люмінесценції
Електромагнітне випромінювання УФ- і видимого спектрального діапазону	Фотолюмінесценція
Потік електронів (катодні промені)	Катодолюмінесценція
Потік іонів лужних металів у вакуумі	Іонолюмінесценція
Рентгенівське випромінювання	Рентгенолюмінесценція
Радіоактивне випромінювання	Радіолюмінесценція
Теплова енергія	Термолюмінесценція, або кандолюмінесценція
Ультразвук	Сонолюмінесценція
Механічний вплив	Триболюмінесценція
Енергія хімічних реакцій	Хемілюмінесценція

Походження люмінесценції

Молекула, поглинаючи квант світла, переходить з основного (незбудже-ного) стану S₀ у збуджений електронний стан, наприклад S₁ (рис. 3). При кім-натній температурі молекули перебувають в основному коливальному стані. Переходячи в збуджений стан, молекула потрапляє на один з його коливальних рівнів. Поглинання молекулою кванта світла здійснюється за дуже короткий час (10^-15 с). Потім за 10^-12 с відбувається перехід електрона на нижній коли-вальний підрівень збудженого стану (див. рис. 3а – коротка хвиляста стрілка). Цей процес називають коливальною релаксацією. Повернення молекули з нижнього коливального стану S₁ у незбуджений стан S₀ може відбутися трьома шляхами:

1) втрата молекулою енергії у виді теплоти в результаті зіткнень з іншими част-ками (процес внутрішньої конверсії, зображений на рис. 3а, довга хвиляста стрілка);

2) повернення молекули на будь-який коливальний підрівень основного стану з випущенням енергії у виді кванта світла без зміни спину електрона (флуоресценція);

3) перехід молекули зі збудженого стану S₁ у метастабільний Т₁, а потім в основний S₀ або в результаті внутрішньої конверсії з виділенням теплоти (рис. 3б – довга хвиляста стрілка), або з виділенням кванта світла (фосфоресценція).

Рис. 3- Схема енергетичних переходів молекули, що ілюструє виникнення

флуоресценції (а) і фосфоресценції (б) (схема Яблонського)