Кіріспе
Жарықты сіңіретін заттың жарық шығаруы.
Флуоресценция – жарық немесе басқа электромагниттік сәулелерді сіңіретін заттың жарық шығаруының екі түрінің бірі. Флуоресценция электрон спинінің көбейгендігін өзгертпейді және әдетте сіңіруден кейін бірден пайда болады; ал фосфоресценция спиннің өзгеруін қамтиды және кешіктіріледі. Сондықтан флуоресцентті материалдар сәулелену көзі тоқтағаннан кейін дерлік бірден жарқырауын тоқтатады, ал фосфоресцентті материалдар жарық сәулелендіруді біраз уақыт бойы жалғастырады. Флуоресценция – люминесценцияның бір түрі. Көп жағдайда шығарылатын жарықтың толқын ұзындығы ұзарып, фотондардың энергиясы сіңірілген сәулелерге қарағанда төмендейді. Флуоресценцияның көрінетін мысалы – сіңірілген сәуле электромагниттік спектрдің ультракүлгін аймағында (адам көзіне көрінбейтін) болса, ал шығарылатын жарық көрінетін аймақта болғанда байқалады; бұл флуоресцентті затқа ерекше түс береді, ол тек зат ультракүлгін сәулеге ұшырағанда ғана көрінеді. Флуоресценцияның минералогия, гемология, медицина, химиялық сенсорлар (флуоресценттік спектроскопия), флуоресценттік таңбалау, бояулар, биологиялық детекторлар, ғарыш сәулелерін анықтау, вакуумдық флуоресценттік дисплейлер және катодтық сәулелік түтіктер сияқты көптеген практикалық қолданыстары бар. Оның ең көп таралған күнделікті қолданысы – (газды разрядты) люминесценттік шамдар мен LED шамдарда, онда флуоресценттік жабындар ультракүлгін немесе көк сәулелерді ұзын толқын ұзындығына айналдырып, нәтижесінде ақ жарық пайда етеді, ол тіпті дәстүрлі, бірақ энергияны тиімсіз пайдаланатын қыздырғыш шамнан ажыратылмауы мүмкін. Флуоресценция табиғатта да кейбір минералдарда және тіршілік әлемінің барлық түрлерінде жиі кездеседі. Соңғысы биофлуоресценция деп аталады, яғни флюорофор тірі организмнің құрамында болады немесе одан алынады (органикалық емес бояу немесе дақ емес). Бірақ флуоресценция көбінесе белгілі бір химиялық заттарға байланысты туындайды, оларды көп жағдайда жасанды түрде синтездеуге болады, сондықтан заттың өзін флуоресцентті деп сипаттау жеткілікті.
Өмір бойы
Флуоресценция өміршеңдігі – молекуланың фотон шығару алдында қозған күйде қалaтын орташа уақыты. Флуоресценция әдетте бірінші реттік кинетика заңдылықтарына бағынады:
мұнда – уақыт бойынша қозған молекулалардың концентрациясы, – бастапқы концентрация, ал – ыдырау жылдамдығы немесе флуоресценция өміршеңдігінің кері шамасы. Бұл экспоненциалдық ыдыраудың бір мысалы. Әртүрлі радиациялық және радиациялық емес процестер қозған күйді депопуляциялай алады. Мұндай жағдайда, жалпы ыдырау жылдамдығы барлық жылдамдықтардың қосындысына тең болады:
мұнда – жалпы ыдырау жылдамдығы, – радиациялық ыдырау жылдамдығы және – радиациялық емес ыдырау жылдамдығы. Бұл бірінші реттік химиялық реакцияға ұқсас, онда бірінші реттік жылдамдық константасы барлық жылдамдықтардың қосындысын құрайды (параллельді кинетикалық модель). Егер спонтанды шығарылу жылдамдығы немесе басқа жылдамдықтардың кез келгені жоғары болса, өміршеңдік мерзімі қысқа болады. Көпте қолданылатын флуоресценттік қосылыстар үшін, ультракөк түстен жақын инфрақызылға дейінгі энергиясы бар фотондардың эмиссиясы үшін қозған күйдегі ыдырау уақыты 0,5-тен 20 наносекунд аралығында болады. Флуоресценция өміршеңдігі – флуоресценцияның практикалық қолданылуы үшін маңызды параметр, мысалы, флуоресценциялық резонанстық энергияны беру және флуоресценциялық өміршеңдік бейнелеу микроскопиясы.
Яблонски диаграммасы
Яблонски диаграммасы қозған күйдегі молекулалардың көптеген релаксация механизмдерін сипаттайды. Суреттегі диаграмма молекуланың белгілі бір қозған электрондарының релаксациясы арқасында флуоресценция қалай пайда болатынын көрсетеді.
Флуоресценция анизотропиясы
Флюорофорлардың өту моменті фотонның электр векторына параллель болғанда, фотондармен қоздырылу ықтималдығы артады.
Ережелер
Флуоресценциямен байланысты бірнеше жалпы ережелер бар. Төмендегі ережелердің әрқайсысының өзіндік ерекшеліктері бар, бірақ олар флуоресценцияны түсінуге көмектесетін пайдалы нұсқаулар. (Бұл ережелер екі фотонды жұтуға қатысты міндетті түрде қолданылмайды).
Кашаның билігі
Каша ережесі молекуланың люминесценциясы (флуоресценциясы немесе фосфоресценциясы) тек оның белгілі бір спиндік күйінің ең төменгі қозған деңгейінен шығарылады деп мәлімдейді. Вавилов ережесі (Каша ережесінің логикалық жалғасы, сондықтан Каша-Вавилов ережесі деп аталады) люминесценцияның кванттық шығымы қоздырушы сәулелендірудің толқын ұзындығына тәуелсіз және қоздырушы толқын ұзындығының жұтылуына пропорционалды екенін көрсетеді. Каша ережесі әрқашан орындалмайды және азулен сияқты қарапайым молекулалармен бұзылады. Сәл сенімдірек тұжырым, бірақ әлі де ерекшеліктері бар, флуоресценция спектрі қоздырушы сәулелендірудің толқын ұзындығына өте аз тәуелділік көрсетеді.
Айналысу ережесі
Көптеген флюорофорлар үшін сіңіру спектрі эмиссия спектрінің кері бейнесі болып табылады. Бұл кері бейне ережесі деп аталады және ол Франк-Кондон принципімен байланысты, ол электрондық өтулер қашықтық өзгермейтін, яғни энергия өзгерістері екенін көрсетеді, бұл Яблонский диаграммасында тік сызықпен бейнеленеді. Бұл ядро қозғалмайды дегенді білдіреді және қозу күйінің тербеліс деңгейлері негізгі күйдің тербеліс деңгейлеріне ұқсас.
Стокс ауысуы
Жалпы алғанда, шығарылған флуоресценттік жарықтың толқын ұзындығы сіңірілген жарыққа қарағанда ұзақ, ал энергиясы төмен болады. Бразилияның Атлантика орманында мекендейтін тығыз денелі бақалар флуоресцентті.
Биолюминесценция
Биолюминесценция флуоресценциядан өзгешелігі, ол организм ішіндегі химиялық реакциялар арқылы жарық шығарудың табиғи процесі болса, флуоресценция – қоршаған ортадан жарықты сіңіріп, қайта сәулелендіру. Жағдайды одан әрі күрделендіретін нәрсе, кейбір организмдер биолюминесцентті де, флуоресцентті де болуы мүмкін, мысалы, Renilla reniformis теңіз құртында биолюминесценция флуоресценция үшін жарық көзі ретінде қызмет етеді.
Фосфоресценция
Фосфоресценция флуоресценция сияқты, қоздыру энергиясының көзі ретінде жарық толқындарының ұзындығын қажет етеді. Айырмашылық энергия алған электронның тұрақтылығында. Флуоресценциядан өзгеше, фосфоресценцияда электрон тұрақтылығын ұзақ сақтайды, сондықтан стимуляциялық жарық көзі тоқтатылғаннан кейін де "қараңғыда жарқырау" жалғасады.
Эпидермалық хроматофорлар
Флуоресценцияны көрсететін пигмент жасушалары флуоресцентті хроматофорлар деп аталады және олардың функциялары қалыпты хроматофорларға ұқсас. Бұл жасушалар дендритті болып келеді және флюоросомалар деп аталатын пигменттерден тұрады. Бұл пигменттерде K+ (калий) иондарымен белсендірілетін флуоресцентті ақуыздар бар, олардың қозғалысы, жиналуы және флуоресцентті хроматофор ішінде таралуы бағытталған флуоресценттік бейнеге әкеледі. Флуоресцентті жасушалар басқа хроматофорлар сияқты иннервацияланады, мысалы, меланофорлар – меланин қамтитын пигмент жасушалары. Қысқа мерзімді флуоресценттік бейнелер мен сигнал беруді жүйке жүйесі реттейді. Балықтар сыртқы ортаның әсерінен туындайтын, мысалы, жыртқышпен қарым-қатынас жасау немесе көбейіп жұптасу сияқты кортизолға байланысты стресстік реакцияларға да сезімтал болуы мүмкін. Кейбір ғалымдар GFP және GFP-қа ұқсас ақуыздардың жарықпен белсендірілетін электрон доноры ретінде пайда болғанын жоққа шығармайды. Бұл электрондар кейін жарық энергиясын қажет ететін реакцияларда қолданылған. Флуоресцентті ақуыздардың күннен қорғау, жарықты әртүрлі толқын ұзындығына түрлендіру немесе сигнал беру сияқты функциялары кейіннен пайда болған деп саналады.
Адаптациялық функциялар
Қазіргі уақытта флуоресценция мен флуоресцентті ақуыздардың қызметтік маңызы туралы көбінесе жақсы білмейді.
Су жануарлары
Су ұзын толқын ұзындығындағы жарықты сіңіреді, сондықтан осы толқын ұзындығындағы жарық көзге жету үшін аз шағылысады. Сондықтан, көру спектріндегі жылу түстері тереңдеген сайын аз жарқырайды. Су, ультракөк түстің үстіндегі қысқа толқын ұзындығы бар жарықты шашыратады, яғни фотосферада салқын түстер көру өрісіне басым келеді. Жарық интенсивтілігі әр 75 метр тереңдікте 10 есе төмендейді, сондықтан 75 метр тереңдікте жарық беткі жарықтың 10% құрайды, ал 150 метрде – 1% құрайды. Су белгілі бір тереңдікке жеткен жарықтың толқын ұзындығы мен қарқындылығын сүзіп тастайды, сондықтан әртүрлі ақуыздар сіңіре алатын толқын ұзындығы мен қарқындылығына байланысты әртүрлі тереңдіктерге жақсы бейімделеді. Теориялық тұрғыдан алғанда, кейбір балықтардың көздері 1000 метр тереңдікте де жарықты сезе алады. Осы афотикалық аймақтың тереңдіктерінде жарықтың жалғыз көзі – организмдердің химиялық реакциялар арқылы жарық шығаруы, бұл процесс биолюминесценция деп аталады. Флуоресценция – бұл электромагниттік сәулеленудің бір толқын ұзындығында сіңірілуі және оның басқа, төмен энергиялы толқын ұзындығында қайта шығарылуы. Фотикалық аймақтағы көру өрісі табиғи түрде көк түсті болғандықтан, флуоресценция түстері жарқын қызыл, апельсин, сары және жасыл түстерде көрінеді. Теңіз спектрінде жасыл түс ең көп кездеседі, сары – екінші, ал қызыл – ең сирек кездесетін түс. Флуоресценция афотикалық аймақтағы организмдерде сол организмнің биолюминесценциясының қосалқы өнімі ретінде пайда болуы мүмкін. Афотикалық аймақтағы кейбір флуоресценция организмнің тіндік биохимиясының қосалқы өнімі болып табылады және қандай да бір функционалдық мақсаты жоқ. Дегенмен, терең мұхиттың афотикалық аймағындағы флуоресценцияның функционалдық және адаптациялық маңыздылығының кейбір жағдайлары зерттеудің белсенді саласы болып табылады.
Балық
Жайық суда тіршілік ететін сүйекті балықтар әдетте түрлі-түсті ортада өмір сүруіне байланысты жақсы түс сезіміне ие. Осылайша, жайық судағы балықтарда қызыл, қызғылт сары және жасыл флуоресценция, әсіресе құбылыстың жоғары фенотиптік айырмашылығын ескере отырып, өз түріндегілермен байланысу құралы ретінде қызмет етеді. Кейбір балықтардың линзалары мен мүйіз қабығындағы сары ішкі көз сүзгілері ұзақ толқынды сүзгілер ретінде жұмыс істейді. Бұл сүзгілер түрлерге флуоресценцияны көруге және оны пайдалануға мүмкіндік береді, бұл визуалды ерекшеліктері жоқ басқа балықтар мен жыртқыштарға көрінбейтін визуалды контраст пен бейнелерді күшейтуге көмектеседі. Флуоресценцияға ие көптеген балық түрлері кішкентай, топтап тіршілік ететін немесе теңіз түбінде/афотикалық аймақта тіршілік ететін және айқын өрнекке ие. Бұл өрнек флуоресцентті тіндердің әсерінен пайда болады және түрдің басқа өкілдеріне көрінеді, бірақ басқа визуалды спектрлерде көрінбейді. Бұл түр ішіндегі флуоресценттік өрнектер түр ішіндегі сигнал берумен де үйлеседі. Көз шеңберіндегі өрнектер балықтың көздерінің бағытын, ал қанаттарындағы өрнектер балықтың қозғалыс бағытын көрсетеді. Сонымен қатар, организмнің көзін қоршап тұрған флуоресцентті тіндер фототикалық аймақтағы көк жарықты немесе афотикалық аймақтағы жасыл биолюминесценцияны қызыл жарыққа айналдырып, көруге көмектеседі деп ұсынылады.
Коралл
Флуоресценция кораллда кең ауқымды қызметтер атқарады. Кораллдардың флуоресцентті ақуыздары, кораллдың симбиоздық балдырлары фотосинтез жүргізе алатын толқын ұзындықтарына пайдаланбайтын жарық толқындарын түрлендіру арқылы фотосинтезге көмектесуі мүмкін. Сонымен қатар, бұл ақуыздар фотоакклиматизация механизмі ретінде, жарық мөлшеріне байланысты өз санының өзгеруі мүмкін. Сол сияқты, флуоресцентті ақуыздар фотосинтез процесінде түзілетін оттегі радикалдарын жоюға қабілетті антиоксиданттық қасиеттерге ие болуы мүмкін. Соңында, фотосинтезді реттеу арқылы флуоресцентті ақуыздар кораллдың фотосинтездік балдырлар симбионттарының қызметін бақылау құралы ретінде де пайда болуы мүмкін.
Басқосулар
Аллотеутис субулата және Лолиго вульгарис – дерлік мөлдір екі түрлі калмар, олардың көздерінің үстінде флуоресцентті дақтар бар. Бұл дақтар түсетін жарықты шағылыстырады, бұл камуфляж құралы ретінде қызмет етуі мүмкін, сонымен қатар басқа калмарларға бірігіп жүру үшін сигнал беруге де пайдаланылады.
Медузалар
Океандағы флуоресценцияның тағы бір жақсы зерттелген мысалы – Aequorea victoria гидрозоасы. Бұл медуза Солтүстік Американың батыс жағалауындағы жарық аймағында (фотикалық аймақта) өмір сүреді және Осаму Шимомура оны жасыл флуоресцентті ақуыздың (GFP) тасымалдаушысы ретінде анықтады. Осы жасыл флуоресцентті ақуыздардың гендері бөлініп алынды және ғылыми маңызы зор, себебі олар басқа гендердің экспрессиясын көрсету үшін генетикалық зерттеулерде кеңінен қолданылады.
Мантис-шаян
Мантис-шаянның бірнеше түрі, оның ішінде Lysiosquillina glabriuscula, – бұл стоматоподты қаңқалылар, олардың антенналық таразылары мен қабығында (қабықшасында) сары түсті флуоресцентті белгілер болады. Еркектер осы белгілерді жыртқыштарға және басқа еркектерге қауіп көрсету кезінде пайдаланады. Бұл көрсетуде бас пен кеуде көтеріледі, соққыға даяр мүшелер мен басқа да жоғарғы жамбас сүйектері жайылады, ал ірі, сопақ антенналық таразылар бүйірге қарай созылады, бұл жануарды үлкендей көрсетеді және оның сары флуоресцентті белгілерін күшейтеді. Сонымен қатар, тереңдеген сайын, көрінетін жарықтың үлкен бөлігі мантис-шаянның флуоресценциясына тиесілі болады. Жұптасу кезінде мантис-шаян белсенді түрде флуоресценция жасайды, ал осы флуоресценцияның толқын ұзындығы олардың көз пигменттері қабылдайтын толқын ұзындығымен сәйкес келеді.
Сифонофорлар
Сифонофоралар – гидрозоалар тайпасына жататын теңіз жануарларының бір тобы. Кейбір сифонофорлар, соның ішінде 1600 м мен 2300 м тереңдіктегі қараңғы аймақта тіршілік ететін Эренна туысы, олардың еңселі тірекшелерінің фотофораларында сарыдан қызылға дейін флуоресценцияны көрсетеді. Бұл флуоресценция осы фотофорлардың биолюминесценциясының жанама нәтижесі болып табылады. Сифонофорлар флуоресценцияны жыпылықтайтын үлгіде көрсетеді, ол олжаны қызықтыру үшін әрекет етеді.
Аждаһа балығы
Жауыз терең теңіздегі аждаһалық балық Malacosteus niger, оған жақын туысқан Aristostomias туысы және Pachystomias microdon түрі өздерінің биолюминесценциясынан шығатын көк жарықты флуоресцентті қызыл қосымша пигменттер арқылы суборбитальды фотофорлардан қызыл жарыққа айналдырады. Бұл қызыл жарық басқа жануарларға көрінбейді, бұл аждаһа балықтарына қараңғы мұхит тереңдіктерінде жыртқыштарды қоздырмай немесе ескертусіз қосымша жарық алуға мүмкіндік береді.
Құмтазылар
Флуоресценция қосмекенділер арасында кең таралған және бақалар, саламандралар мен кесектілердің бірнеше отбасыларында тіркелген, бірақ оның деңгейі өте әртүрлі. Оңтүстік Америкада кең таралған нүктелі бақа (Hypsiboas punctatus) 2017 жылы кездейсоқ түрде алғашқы флуоресцентті қосмекенді болып табылды. Флуоресценция лимфа және тері бездерінен табылған жаңа затқа байланысты. Негізгі флуоресцентті зат – Hyloin L1, ол күлгін немесе ультракөк сәулеге ұшырағанда көк-жасыл сәуле шығарады. Бұл жаңалықты ашқан ғалымдар флуоресценцияны қарым-қатынас үшін пайдалануға болатынын ұсынды. Олар флуоресценция бақалар арасында кең таралған болуы мүмкін деп болжады. Бірнеше ай өткен соң, оған жақын Hypsiboas atlanticus түрінде де флуоресценция табылды. Олардың тері бездерінен шығатын секрецияларға байланысты, олар қалған жерлерінде флуоресцентті іздер қалдыра алады. 2019 жылы Бразилияның оңтүстік-шығысындағы екі басқа бақа – кішкентай тымақ бақа (Brachycephalus ephippium) және қызыл тымақ бақа (B. pitanga) табиғи флуоресцентті қаңқалары бар екені анықталды, олар ультракөк сәулеге ұшырағанда тері арқылы көрінеді. Бастапқыда флуоресценция олардың бұрыннан бар апосемалық түстерін (олар улы) толықтырады немесе жұптасу таңдауымен (түрді тану немесе әлеуетті серіктің жарамдылығын анықтау) байланысты болуы мүмкін деп болжалды.
2020 жылы көк немесе сары флуоресценцияның ересек бақаларда ғана емес, сонымен қатар шабақтарда, саламандраларда және кесектілерде де кең таралғаны расталды, олар күлгін немесе ультракөк сәулеге ұшырайды. Деңгейі түрлерге қарай өте әртүрлі: кейбіреулерінде ол айқын байқалады, ал енді біреулерінде жақсы көрінбейді. Бұл олардың тері пигментациясына, шырышқа немесе сүйектеріне байланысты болуы мүмкін.
Құс
Құстардың қауырсыны флуоресцентті болуы мүмкін, және бұл жұптасу сигналдарында қолданылуы ықтимал. Көңілдес таңдау эксперименттерін пайдаланған зерттеулер, флуоресцентті жыныстық сигналды қуатты түрде қолдайды, соған сәйкес, еркектер де, әйелдер де флуоресцентті стимулмен күштелген құстарды едәуір артық таңдайды. Бұл зерттеу, құстардың флуоресцентті қауырсыны пигментацияның жай ғана қосалқы өнімі емес, керісінше, бейімделген жыныстық сигнал екенін көрсетеді. Флуоресцентті пигменттерді өндіру жолдарының күрделілігін ескерсек, олардың өндірілуіне елеулі шығындар жұмсалуы мүмкін. Сондықтан, күшті флуоресценцияны көрсететін жеке тұлғалар, жоғары сапалы екендігінің шындық көрсеткіштері болуы мүмкін, себебі олар осы шығындармен күресе алады.
Арахидтер
Өрмекшілер ультракүлгін сәуледе жарқырап, көптеген флюорофорларға ие. Эндрюс, Рид және Маста атап өткендей, өрмекшілер – флуоресценцияның "таксономиялық тұрғыдан кең таралған, әртүрліше білінетін, эволюциялық тұрғыдан өзгергіш және, ықтимал, таңдау процесінде және түр ішіндегі және түрлер арасындағы сигнал беру үшін экологиялық маңызы бар" жалғыз белгілі тобы. Скорпиондар да жарқырап, олардың қабықшаларында бета-карболиннің болуына байланысты.
Қанатбарыс
2020 жылы бірнеше қазтұмсық үлгілерінде флуоресценция байқалды.
Өсімдіктер
Көптеген өсімдіктер хлорофиллдің болуына байланысты флуоресцентті болып табылады, бұл, әлдебір ең көп таралған флуоресцентті молекула болып саналады және қоздыру толқындарының әртүрлі ұзындығында қызыл сәуле шығарады. Экологтар хлорофиллдің осы қасиетін фотосинтездің тиімділігін өлшеу үшін жиі пайдаланады. Mirabilis jalapa гүлінде күлгін түсті, флуоресцентті бетациандар және сары түсті, флуоресцентті бетаксантиндер кездеседі. Ақ жарықта бетаксантиндер ғана бар гүлдің бөліктері сары болып көрінеді, бірақ бетаксантиндер мен бетацианиндер бірге болатын жерлерде гүлдің көрінетін флуоресценциясы ішкі жарық сүзгілеу механизмдерінің салдарынан әлсірейді. Бұрын флуоресценцияның тозаңдаушыларды тартуға қатысы бар деген болжам болған, бірақ кейіннен флуоресценцияның визуалды сигналы гүлдің шағылыстырған жарығының визуалды сигналымен салыстырғанда мардымсыз екені анықталды.
Органикалық сұйықтықтар
Бензол немесе толуолға ерітілген антрацен немесе стильбен сияқты органикалық (көміртек негізді) ерітінділер ультракүлгін немесе гамма сәулеленуімен флуоресценция көрсетеді. Бұл флуоресценцияның сөну уақыты наносекундтар шамасында болады, себебі жарықтың ұзақтығы флуоресцентті материалдың қозған күйлерінің өмір сүру мерзіміне байланысты, осы жағдайда антрацен немесе стильбен. Сцинтилляция – бөлшектің (электронның, альфа бөлшектің, ионның немесе жоғары энергиялы фотонның) өтуі нәтижесінде мөлдір материалда пайда болатын жарық шығарылымы. Стильбен және оның туындылары мұндай бөлшектерді анықтау үшін сцинтилляциялық санаулар құралдарында қолданылады. Стильбен сондай-ақ бояғыш лазерлерде қолданылатын күшейту орталарының бірі болып табылады.
Атмосфера
Атмосферада жоғары энергиялы электрондармен бомбалау кезінде флуоресценция байқалады. Соған ұқсас жағдайларда, мысалы, табиғи құбылыс - сорбұрыс, жоғары биіктіктегі ядролық жарылыстар және ракетамен тасылатын электрондық қару эксперименттерінде, пайда болған молекулалар мен иондар жарыққа флуоресценттік жауап көрсетеді.
Флуоресцентті жалпы материалдар
В2 витамині сары түспен флуоресценциялайды. Тоник суы хининнің құрамында болғандықтан көк түспен флуоресценциялайды. Маркердегі бояу сыясы көбінесе пираниннің болуынан флуоресцентті болады. Банкноттар, почта маркалары және кредиттік карталарда көбінесе флуоресцентті қауіпсіздік элементтері болады.
Жаңа технологияда
2020 жылдың тамызында зерттеушілер катиондық бояуларды аниондарды байланыстыратын цианостар макроциклдерімен араластыру арқылы бояуларды кеңістіктік және электрондық тұрғыдан оқшаулап, осы уақытқа дейін жасалған ең жарқын флуоресцентті қатты оптикалық материалдарды жасағандарын хабарлады. Мақаланың бір авторының сөзінше, бұл материалдар күн энергиясын жинау, биобейнелеу және лазерлер сияқты салаларда қолданылуы мүмкін.
Жарықтандыру
Жалпы флуоресценттік шам флуоресценцияға негізделген. Шыны түтіктің ішінде ішінара вакуум және аздаған мөлшерде сынап бар. Түтіктегі электр разряды сынап атомдарының ультракүлгін сәуле шығаруына себеп болады. Түтіктің ішкі қабырғасы флуоресцентті материалдан жасалған, фосфор деп аталатын қаптамамен жабылады, ол ультракүлгін сәулені сіңіріп, көрінетін жарық шығарады. Флуоресценттік жарықтандыру, қыздыру элементтеріне қарағанда энергияны тиімдірек пайдаланады. Дегенмен, дәстүрлі флуоресценттік шамдардың біркелкі емес спектрі кейбір түстердің қыздырылған шам немесе күн сәулесімен жарықтандырылғандағыдан өзгеше көрінуіне әкелуі мүмкін. Сынап буының эмиссия спектрінде 254 нм толқындығы бар қысқа толқынды ультракүлгін сызық басым (фосфорларға энергияның көп бөлігін жеткізеді), сонымен қатар 436 нм (көк), 546 нм (жасыл) және 579 нм (сары-қызыл) толқындығы бар көрінетін жарық эмиссиясы да болады. Бұл үш сызықты қол спектроскобы арқылы, әдеттегі ақ флуоресценттік шамдардан шығатын жарықта, ақ континуумға жатқан күйде байқауға болады. Осы көрінетін сызықтар, үш валентті европий мен үш валентті тербийдің эмиссия сызықтарымен бірге, және көк аймақтағы екі валентті европийдің эмиссия континуумымен қоса, көптеген ықшам флуоресценттік шамдар мен дәстүрлі шамдарда қолданылатын қазіргі заманғы трихроматикалық фосфор жүйелерінің үздіксіз жарық эмиссиясын құрайды. Флуоресценттік шамдар алғаш рет 1939 жылы Нью-Йоркте өткен Дүниежүзілік көрмеде көпшілік назарына ұсынылды. Содан бері жасалған жақсартулар көбінесе жақсы фосфорлар, ұзақ қызмет ету мерзімі, тұрақтырақ ішкі разряд және пайдалануға ыңғайлы формалар (мысалы, ықшам флуоресценттік шамдар) болып табылады. Кейбір жоғары интенсивті разрядты (HID) шамдар олардың тікелей электр тиімділігін жақсы түс беру үшін фосформен күшейтеді. Ақ жарық шығаратын диодтар (LED) 1990 жылдардың ортасында LED шамдары ретінде қол жетімді болды, онда жартылай өткізгіштен шығатын көк жарық кішкентай чипке жабысқан фосфорларға түседі. Фосфор арқылы өтетін көк жарық пен фосфордан шығатын жасылдан қызылға дейінгі флуоресценцияның үйлесімі нәтижесінде ақ жарық шығарылады. Химиялық люминесценциялық реакциядан жарықты сіңіріп, басқа түстегі жарық шығару үшін жарық таяқшалары кейде флуоресцентті материалдарды пайдаланады. Флуоресценцияны бірнеше толқын ұзындығындағы матрицалық детектормен анықтауға болады, бұл HPLC ағынынан заттарды анықтауға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, егер заттар немесе бояу реагенті флуоресцентті болса, TLC пластиналарын визуализациялауға болады. Флуоресценция Болцман таралуында төменгі энергия деңгейлеріндегі атомдардың үлесі жоғары болғанда тиімдірек болады. Осылайша, төмен энергиялы атомдардың фотондарды қоздыру және босату ықтималдығы артады, бұл талдауды тиімдірек етеді.
Спектроскопия
Көбінесе флуоресценциялық талдауды жүргізу үшін әртүрлі толқын ұзындықтарын шығаратын жарық көзі қолданылады. Әдетте, дұрыс талдау үшін бір ғана толқын ұзындығы қажет болғандықтан, жарықты таңдаулы түрде сүзу үшін оны қозу монохроматоры арқылы өткізеді, содан кейін таңдалған толқын ұзындығы үлгілік жасушадан өтеді. Энергияны сіңіру және қайта шығару процесінен кейін, Стокс қағидасы және әртүрлі электрондық өтулердің нәтижесінде көптеген толқын ұзындықтары пайда болуы мүмкін. Оларды бөліп, талдау үшін флуоресценттік сәулеленуді эмиссиялық монохроматор арқылы өткізіп, детекторымен іріктеп байқау қажет.
Лазерлер
Лазерлер көбінесе белгілі бір материалдардың флуоресценциясын белсенді орта ретінде пайдаланады, мысалы, рубиннің (хром сапфирі) қызыл түсті жарқырауы, титан сапфирының инфрақызыл сәулесі немесе органикалық бояулардың шексіз түрлі-түсті спектрі. Бұл материалдар әдетте спонтанды эмиссия процесі арқылы флуоресценция көрсетеді, онда жарық барлық бағытта және көбінесе бір мезгілде көптеген дискретті спектрлік сызықтарда шығарылады. Көптеген лазерлерде флуоресценттік орта қарқынды жарық көзімен "соққыға" ұшыратылады, бұл популяциялық инверсияны тудырады, яғни оның атомдарының басым бөлігі негізгі күйге (төмен энергияға) қарағанда қозған күйде (жоғары энергияда) болады. Бұл жағдайда, спонтанды флуоресценция қалған атомдарды сол бағытта және сол толқын ұзындығында фотондарды шығаруға итермелейді, нәтижесінде ынталандырылған эмиссия пайда болады. Егер спонтанды флуоресценцияның бір бөлігі екі күзгүң арасында тұтқындалса, ортаның флуоресценциясының көп бөлігі бір түзу бойымен лазер сәулесін шығару үшін ынталандырылуы мүмкін.
Биохимия және медицина
Флуоресценция тіршілік ғылымдарында биологиялық молекулаларды белгілі бір жиіліктегі флуоресценттік эмиссия арқылы бақылаудың немесе талдаудың бұзбас тәсілі ретінде қолданылады, онда қоздыру жарығынан кедергі жоқ, себебі жасуша компоненттерінің салыстырмалы түрде аз бөлігі табиғи түрде флуоресцентті (ішкі немесе автофлуоресценция деп аталады). Шындығында, ақуыз немесе басқа компонент сыртқы флюороформен "белгілене" алады, бұл флуоресцентті бояу, ол кішкентай молекула, ақуыз немесе кванттық нүкте болуы мүмкін, және көптеген биологиялық қолданымдарда кеңінен қолданылады. Коронарлық артерияларда алғаш рет адамда жүргізілген зерттеуде плакаттық автофлуоресценция оптикалық когерентті томографиямен бірге қолданылды. Молекулалық агенттер стент фибринінің жиналуы және артериялық қабынуға байланысты ферменттік белсенділік сияқты нақты ерекшеліктерді анықтау үшін де пайдаланылды. SAFI (түр өзгертілген флуоресценциялық бейнелеу) – электрокинетика және микрофлюидикадағы бейнелеу техникасы. Ол қызығушылық тудыратын химиялық түрлердің қозғалысымен оңай сөндірілетін, электрлік қозғалысқа ұшырамайтын бояуларды қолданады. Бояулар әдетте ағыстың барлық жеріне себіледі және олардың флуоресценциясының аналиттермен дифференциалды сөндірілуі тікелей байқалады. Токсикалық химиялық заттарды тексеру үшін флуоресценцияға негізделген талдаулар қолданылады. Оптикалық талдаулар флуоресценттік спектрлерді жасайтын қоршаған ортаға сезімтал флуоресцентті бояулар мен адам терісі жасушаларының қоспасынан тұрады. Бұл тәсіл биомедициналық зерттеулер мен фармацевтикалық өнеркәсіпте зертханалық жануарларды пайдалану қажеттілігін азайтуға мүмкіндік береді. Сүйек шеттерін анықтау: Ализаринмен боялған үлгілер мен кейбір қазбаларды флуоресцентті жарықпен жарықтандыру арқылы анатомиялық құрылымдарды, соның ішінде сүйек шеттерін көруге болады.
Соттық-медициналық
Манжа іздерін нингидрин немесе DFO (1,8 Диазафлуорен-9-он) сияқты флуоресцентті қосылыстармен көруге болады. Қан және басқа да заттар кейде флуоресцеин сияқты флуоресцентті реагенттер арқылы анықталады. Талшықтар және сот-медициналық сараптамада кездесетін немесе түрлі жинақтаушылық заттармен байланысты басқа материалдар да кейде флуоресцентті болады.
Жарамсыз сынақ
Флуоресцентті сынамамен тексеру детальдің бетіндегі жарықтар мен басқа да кемшіліктерді анықтау үшін қолданылады. Сұйық және газ құбырлары жүйелеріндегі ағып кетуді анықтау үшін флуоресцентті бояуларды қолдана отырып, бояу іздеу әдісі пайдаланылады.
Жазулар
Флуоресцентті түстер көбінесе белгілерде, әсіресе жол белгілерінде қолданылады. Флуоресцентті түстер, әдетте, флуоресцентті емес түстерге қарағанда, алыстан жақсы көрінеді, соның ішінде флуоресцентті апельсин ерекше көзге түседі. Осы қасиеті қауіпсіздік белгілері мен жапсырмаларында кеңінен қолданылуына себеп болды.
Оптикалық жарықтандыру құралдары
Флуоресцентті қосылыстар мата мен қағаздың сыртқы түрін жақсарту үшін жиі қолданылады, осылайша "ақтандыру" әсеріне қол жеткізіледі. Оптикалық ағартушымен өңделген ақ бетке түсетін жарықтан артық көрінетін жарық шығарады, нәтижесінде ол жарқырағандай көрінеді. Ағартушының шығаратын көк жарығы өңделген материалдың көк түсінің азаюын толықтырып, сары немесе қоңыр түстен ақ түске қарай өзгертеді. Оптикалық ағартушылар кір жуғыш ұнтақтарында, жоғары сапалы қағаздарда, косметикада, жақсы көрінетін киімдерде және тағы да басқа көптеген салаларда қолданылады.