Стоксов сдвиг - Stokes shift

Не путать с Полный сдвиг.
Спектры поглощения и излучения родамин 6G с ~ 25 нм Стоксов сдвиг

Стоксов сдвиг разница (в энергия, волновое число или же частота ед.) между положениями максимумов полос поглощение и выброс спектры (флуоресценция и Раман два примера) одного и того же электронного перехода.[1] Назван в честь ирландского физика. Джордж Габриэль Стоукс.[2][3][4] Иногда стоксовы сдвиги даются в единицах длины волны, но это менее значимо, чем единицы энергии, волнового числа или частоты, потому что это зависит от длины волны поглощения. Например, стоксов сдвиг на 50 нм от поглощения на 300 нм больше по энергии, чем стоксов сдвиг на 50 нм от поглощения на 600 нм.

Когда система (будь то молекула или же атом ) поглощает фотон, он получает энергию и переходит в возбужденное состояние. Один из способов релаксации системы - испустить фотон, теряя таким образом свою энергию (другим методом может быть потеря энергии как высокая температура ). Когда испускаемый фотон имеет меньшую энергию, чем поглощенный фотон, эта разница энергий является стоксовым сдвигом.

Стоксов сдвиг в первую очередь является результатом двух явлений: вибрационная релаксация или диссипация и реорганизация растворителя. Флуорофор - это диполь, окруженный молекулами растворителя. Когда флуорофор переходит в возбужденное состояние, его дипольный момент изменяется, но окружающие молекулы растворителя не могут приспособиться так быстро. Только после колебательной релаксации их дипольные моменты перестраиваются.[нужна цитата ]

Стоксова флуоресценция

Стоксова флуоресценция - это излучение более длинноволнового фотона (более низкой частоты или энергии) молекулой, которая поглотила фотон более короткой длины волны (более высокая частота или энергия).[5][6][7] Как поглощение, так и излучение (испускание) энергии различны для конкретной молекулярной структуры. Если материал имеет прямую запрещенную зону в диапазоне видимого света, свет, падающий на него, поглощается, что переводит электроны в более высокоэнергетическое состояние. Электроны остаются в возбужденном состоянии около 10−8 секунд. Это число варьируется на несколько порядков в зависимости от образца и известно как время жизни флуоресценции образца. После потери небольшого количества энергии из-за колебательной релаксации молекула возвращается в основное состояние, и энергия излучается.

Антистоксов сдвиг

Если излучаемый фотон имеет больше энергии, чем поглощенный фотон, разница в энергии называется антистоксов сдвиг;[8] эта дополнительная энергия возникает из-за рассеивания тепловых фононов в кристаллической решетке, охлаждая кристалл в процессе. Иттрий оксисульфид с примесью оксисульфид гадолиния является обычным промышленным антистоксовым пигментом, поглощающим в ближней инфракрасной области и излучающим в видимой области спектра. Повышающее преобразование фотона - еще один антистоксов процесс. Пример этого более позднего процесса демонстрируется повышающее преобразование наночастиц. Это чаще всего наблюдается в рамановской спектроскопии, где его можно использовать для определения температуры материала.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гисперт, Дж. Р. (2008). Координационная химия. Вайли-ВЧ. п. 483. ISBN  978-3-527-31802-5.
  2. ^ Албани, Дж. Р. (2004). Структура и динамика макромолекул: исследования поглощения и флуоресценции. Эльзевир. п. 58. ISBN  0-444-51449-X.
  3. ^ Лакович, Дж. Р. 1983. Принципы флуоресцентной спектроскопии, издательство Plenum Press, Нью-Йорк. ISBN  0-387-31278-1.
  4. ^ Гильбо, Г. 1990. Практическая флуоресценция, второе издание, Marcel Dekker, Inc., Нью-Йорк. ISBN  0-8247-8350-6.
  5. ^ Banwell C.N. и Маккэш Э. Основы молекулярной спектроскопии (4-е изд., McGraw-Hill 1994) стр.101 и стр.113 ISBN  0-07-707976-0
  6. ^ Аткинс П. и де Паула Х. Физическая химия (8-е изд., W.H. Freeman, 2006) с. 431. ISBN  0-7167-8759-8
  7. ^ Рост, Ф. В. Д. (1992). Флуоресцентная микроскопия. Издательство Кембриджского университета. п. 22. ISBN  0-521-23641-X. Архивировано из оригинал 13 ноября 2012 г.
  8. ^ Китай, А. (2008). Люминесцентные материалы и применение. Джон Уайли и сыновья. п. 32. ISBN  978-0-470-05818-3.
  9. ^ Keresztury, Габор (2002). "Рамановская спектроскопия: теория". Справочник по колебательной спектроскопии. 1. Чичестер: Вайли. ISBN  0471988472.