Энергия деңгейлері

Презентация қосу

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті
Биология және биотехнология факультеті
Биофизика және биомедицина кафкдрасы

CӨЖ 2
Тақырыбы: “Люминесценция. Хемилюминесценция,
өзіндік ерекшеліктері мен сипаты”

Тексерген: Кулбаева М.С.
Орындаған: Қали Айзина
Топ: ББ 18-14
ЖОСПАРЫ
I.Кіріспе
1.1 Люминесценция және оның типтері
II.Негізгі бөлім
2.1 Хемилюминесценция құбылысы
2.2 Биохемилюминесценция және энергияны
конверсиялау механизмі.
2.3 Жасушалар мен ұлпалардағы ішкі (әлсіз)
хемилюминесценция және оның түрлері
2.4 Хемилюминометр аппараты
2.5 Химиялық жарық көздері.
Флуоресцеин.Жарқырайтын фосфор. Люминол.
III.Қорытынды
IV.Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
Кіріспе

Люминесценция - сыртқы энергия көзінің әсерінен кейбір дененің жарық
шығаруы. Люминесценция кезінде шыққан жарықтын жиілігі оны
қоздырушы жарық жиілігінен өзгеше. Люминесценция құбылысын
жарықтың шашырауы, шағылуы және денелердің термодинамикалық тепе-
теңдік күйіндегі жылулық сәуле шығаруы тәрізді құбылыстардан ажырата
білу керек. Қыздырғандағы жарық шығарудан бұл бөлек, мұнда жылуды
шығаратын жүйе энергиясы пайдаланылмайды. Сондықтан да оны "салқын
жарық" деп те атайды. Люминесценция электрон қоздырылған күйінен
негізгі күйге ауысқанда пайда болады. Люминесценциялаушы кез келген
агрегат күйде болуы мүмкін. Люминесценттік өлшеу әдістері химиялық
және биохимиялық реакциялардың жүруін, кинетикалық зерттеулерді
бақылау үшін, заттарды, әсіресе, органикалық қосылыстарды тазалау,
құрамындағы қосалқы қосымшаларды айқындау, оның тазалық дәрежесін
анықтау үшін жиі қолданылады. Әдістің ең жоғарғы сезімталдығы заттың
болмашы дәрежедегі түрленуін де, аралық жоғары активті немесе тұрақты
емес өнімдердін түзілуін де белгілей отырып, оны әр түрлі реакциялардың
механизмін зерттеу үшін қолдануға мүмкіндік береді.
Люминесценция теориясын
дамытуда С.И. Вавилов
(Президент
КСРО Ғылым академиясы 1945 -
1951).
құрған кеңестік физиктер мектебі
үлкен үлес қосты. Вавилов және
оның шәкірттері бұл мәселені
өткен ғасырдың 20-жылдарының
басынан бастап, іс жүзінде Сергей
Ивановичтің өмірінің соңына дейін
зерттеді.
Бұл құбылыстың табиғаты және
люминесценцияны ғылым мен
практикада қолдану туралы
бірқатар іргелі сұрақтар шешілді.
Сергей Иванович
Вавилов 1891-1951
Люминесценцияның типтері

ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
жарықәсерінен жарқырау
(ультрафиолет және көрінетін)
свечение под влиянием
света (УФ- и видимого)

ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
Флуоресценция
жарқыл, химиялық энергия реак.
t = 10-9 - 10-6 с
пайдаланады
свечение, использует
Фосфоресценция энергию хим. реакций
t = 10-3 - 10-1 с
БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
тірі организмдердің қабілеті
өздігінен қол жеткізетін жарқырау
жалғыз немесе бірге
симбионттар.
Люминесценцияның басқа да типтері
РАДИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ - при возбуждении веще-
ства ионизирующим
излучением.

ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ - возникает при про-
пускании электрического тока через
определённые типы люминофоров.

ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ - свечение, возникающее
в процессе нагревания вещества.
Синоним: Термостимулированная
люминесценция.

КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ - вызвана облучением
быстрыми электронами (катодными
лучами).
Заттардың сәуле шығару қабілеті, т. люминесценцияның үлкен ғылыми және
практикалық маңызы бар, өйткені заттар мен материалдардың құрамын
сандық және сапалық талдауға мүмкіндік береді. Бірақ люминесценцияны
қолданудағы маңызды рөл молекулалардың электронды қозған күйінің пайда
болу себептері, яғни. жоғары энергия деңгейіндегі электрон үшін энергия
көздері. Электрондық қозған күйдің энергия көзіне байланысты
люминесценцияның келесі түрлері ажыратылады:

фотолюминесценция - ультрафиолет немесе
көрінетін жарық әсер еткенде;
радиолюминесценция - иондаушы сәулелену
кезінде;
электролюминесценция - электр тогын
өткізгенде;
сонолюминесценция - ультрадыбыстық әсерге
ұшыраған кезде;
ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
Хемилюминесценция - денелердің
люминесценциясы яғни жарқырауы,
химиялық әсер ету нәтижесінде пайда
болады (мысалы, баяу тотығу кезінде
фосфор люминесценциясы), немесе
химиялық реакция кезінде (мысалы,
кейбір оксаль қышқылының
эфирлерінің сутегі асқын тотығымен
фосфор қатысында каталитикалық
реакциялары). Хемилюминесценция
экзотермиялық химиялық
процестермен байланысты. Тірі
организмдерде пайда болатын
хемилюминесценцияны
(жәндіктердің, құрттардың,
балықтардың жарқырауы)
биолюминесценция деп атайды және
тотығу процестерімен байланысты.
Химилюминесценция құбылысы электрондардың қозған күйінде химиялық
реакция өнімін құруға негізделген, ол электрондардың біреуінің жоғары
энергетикалық деңгейде орналасуымен сипатталады. Мұндай электрон негізгі
энергетикалық деңгейге оралып, қозған күйдің артық энергиясын іске асыруға
бейім. Көпшілік жағдайда электронның негізгі энергетикалық деңгейге өтуі жылу
энергиясының бөлінуімен жүреді, бірақ кейбір заттар энергияның бір бөлігін
жарық сәулесі түрінде шығарумен сипатталады.
Электронның жоғарыдан негізгі энергетикалық деңгейге ауысуы кезінде жарық
кванттарының шығуын люминесценция, ал люминесценцияға қабілеті бар
заттарды люминофоралар деп атайды.

Электрондық энергия
деңгейлерінің сызбасы: 1 -
қоздырылмаған күй, 2 -
энергияны жұтқан кезде
қозған күйге ауысу, 3 -
жарық кванты
(люминесценция) шығарумен
қоздырылмаған күйге өту.
Осы мысалдардың барлығында зат сыртқы энергияның әсеріне ұшырайды,
оны сіңіреді және электронды қозған күйге өтеді, содан кейін
люминесценция түрінде бірдей энергия шығарады (кейбір шығындармен).
Химилюминесценция құбылысының мәні электронды қозған күйдегі заттың
(Р *) химиялық реакцияның аралық өнімі ретінде түзілуінде.

A + B → P * → P + фотоны

сондықтан жарық түрінде реакцияға түсетін заттардың (А және В) ішкі
энергиясы шығарылады.
Хемилюминесценция құбылысының практикалық маңызы зор, себебі:

• Зерттелген нысандардың ішкі энергиясы босатылады.
• Бөлінген энергия жарық сәулесі түрінде бөлінеді.
Сонымен, химилюминесценция құбылысы шығарылған жарықты тіркеу
арқылы күрделі химиялық және биологиялық процестерді «қашықтықтан»
байқауға мүмкіндік береді.
ХЛ в биосистемах - биохемилюминесценция

Некоторые организмы излучают сравнительно яркий свет, хорошо
видимый невооруженным глазом - биолюминесценция

Классификация ХЛ в биосистемах

БИОХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

Собственная ХЛ Биолюминесценция

Активированная ХЛ
В основе био-ХЛ (собственного или сверхслабого свечения) лежат реакции взаимодействия
между свободными радикалами (СР): радикалами липидов,
радикалами кислорода и радикалами оксида азота.
А.Г.Гурвич (1934 г.) первым обнаружил собственное свечение клеток - «митогенетические
лучи».

Механизм превращения энергии хим. реакции в световое излучение на примере
рекомбинации органических радикалов, получаемых с помощью электрохимической реакции
(по Ю.А. Владимирову)

катод анод

Раствор полициклических углеводородов (пирен, антрацен и др.), способных к
люминесценции
Электролиз – способ получения анион-радикалов и катион-радикалов
молекул углеводорода (запасание энергии в системе)
Образование радикалов: с катода на нейтральную молекулу переходят
электроны, образуя анион-ради-кал (q-); на аноде нейтральная молекула
отдаёт электрон, образуя катион-радикал (q+).

Образовавшиеся в системе ион-радикалы взаимо-действуют, при этом
образуется две исходных молекулы углеводорода, но одна из этих молекул
оказывается в электронно-возбужденном состоянии. Её возврат из
возбужденного состояния в основное состояние сопровождается свечением
(испусканием светового кванта).

hn
_ возб. сост.
+
1 + 2 1 + 2 2 + 2

а-радикал к-радикал нейтр. мол.
Собственная (слабая) ХЛ
клеток и тканей

Реакции с участием
АФК Реакции NO

Реакции СРО липидов
1.
I тип реакций:
Собственное свечение клеток и тканей с участием
активных форм кислорода

Активные формы кислорода (АФК):
•перекись водорода (Н2О2 H-O-O*)
•супероксидный анион-радикал кислорода (*О2-)
•радикал гидроксила (НО*)
•гипохлорит (ClO-)

Значимыми источниками АФК в организме – клетки-
макрофаги (гранулоциты и моноциты крови, а также
тканевые макрофаги). АФК, выделяемые активирован-
ными макрофагами внутрь фагоцитозной везикулы (фагосомы),
служат цитотоксическими факторами, убивающими патогенные
микроорганизмы.
В мембранах макрофагов содержится НАДФН-ок-сидазный комплекс, с помощью которого
НАДФН окисляется в результате восстановления двух молекул кислорода до *О2-:
НАДФН + 2О2 НАДФ+ + 2*О2-
Супероксидные радикалы кислорода рекомбини-руют между собой с образованием Н2О2:

*О2- + *О2- H2O2 + O2
Макрофаги выделяют наружу миелопероксидазу, которая катализирует образование
гипохлорита:
Н2О2 + Cl- H2O + ClO-

В присутствие ионов железа (металл с переменой валентностью) образуется НО*:
• из Н2О2 в реакции Фентона:

H2O2 + Fe2+ Fe3+ + HO- + HO*

• из гипохлорита в реакции Осипова:

ClO- + Fe2+ Fe3+ + Cl- + HO*

Собственное свечение активированных фагоцитов было открыто в 1971 году Р. Элланом.
2.
II тип реакций:
Собственное свечение клеток и тканей с участием
цепного свободнорадикального/перекисного окисле-ния липидов (СРО липидов,
ПОЛ)

СРО липидов постоянно (с разной интенсивностью) протекает в биомембранах и ЛП
крови. Эти реакции идут с участием СР липидов (L*) и СР гидроперекисей липидов
(LOO*):
LH
HO* + LH L* + O2 LOO* L* …..

H2O LOOH
инициирование цепи продолжение цепи
Образование гидроперекиси ПНЖК и её радикала
PUFA – PolyUnsaturated Fatty Acid = ПНЖК

диеновый конъюгат

L*
радикал липида

L-O-O*
радикал гидроперекиси
липида

L-O-O-H
гидроперекись
липида
3.
III тип реакций:
Собственное свечение клеток и тканей с участием
оксида азота (NO)

Оксид азота – СР (*NO). Синтезируется с участием
фермента NO-синтазы из L-аргинина. NO выполняет
функцию вазодилататора.

В клетках возможна также реакция:

*NO + *O2- ONOO (пероксинитрит)

Роль этой реакции в собственном свечении клеток
и тканей показана в 1984 году Терренсом.
Свечение происходит при взаимодействии
пероксинитрита с белками.
Прибор, с помощью которого регистрируют собственную ХЛ клеток
и тканей – ХЕМИЛЮМИНОМЕТР.

ФЭУ – фотоэлектронный умножитель

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
СИГНАЛА
Что измеряем с помощью
хемилюминометра?

Главные участники реакций,
лежащих в основе ХЛ клеток и
тканей – СР. Их концентрация в
биоматери але чрезвчайно низка, а
время жизни – доли секунды (как
результат высокой химической
активности). Это исключает
применение методов химического
анализа для определения [CP].

Измерение интенсивности ХЛ
(JХЛ) с помощью хе-
милюминометра – позволяет хоть
и косвенно (мы не считаем
количество СР), но с высокой
точностью судить об активности
реакций с участием СР в
биоматериале. Между JХЛ и [СР]
существует прямая зависимость.
Энергия деңгейлері

Спины электрона Переход электрона на высокую орбиту

Испускание света при переходах электрона
Химиялық жарық көздері

Дифенил оксалат Бирадикал

Окисление дифенил оксалата перекисью водорода в
присутствии флуоресцентных красителей антраценового ряда.
Жарық көздері
• Ол дербес химиялық жарық көздерінде кеңінен қолданылады.
• Қалқымалы белгі ретінде. Бұл пластикалық корпус, ішінде шыны ампуласы
бар.
• Капсула құлаған кезде компоненттер араласады, ал ішіндегі алынған ерітінді
бірнеше сағат бойы жарқырайды, бұл қалтқыны қараңғыда анық көрінеді.
• Химилюминесценция феномені бойынша жарқын дискотекалардың
білезіктері де жұмыс істейді.
• Когерентті сәулелену көзі - Химиялық лазерлер.
Флуоресцеин

3',6'-Дигидроксиспиро[изобензофуран-
-1(3Н),9'-[9H]ксантен]-3-он

Флуоресцеин относится к группе
триарилметановых (ксантеновых)
красителей.

Натриевая соль флуоресцеина (Уранин)
Занесена в книгу рекордов Гиннесса, как
самое красящее вещество на земле. Он
заметен при разбавлении водой 1:40 млн.
Т.е. 1 грамм на 40 тонн воды!
Свечение фосфора
Ақ фосфор - бұл фосфордың аллотропиялық түрі түйіндерінде орналасқан
молекулалық тор тетраэдрлік Р4 молекулалары
Люминол

Гидразид 3-аминофталевой кислоты

Люминолдың химилюминесценциясы оны сілтілі ортада пероксидті
қосылыстармен тотықтырғанда катализатор ретінде валенттілігі өзгермелі
иондардың қатысуымен жүреді.
Люминол-активированная ХЛ фагоцитирующих клеток крови,
стимулированных электрическими импульсами (цифры у кривых
– сила эл. импульса, вольт)
Амплитуда люминол-активированной ХЛ лейкоцитов крови больных с
различными хроническими патологиями в стадии обострения. Фагоцитирующую
активность клеток стимулиро-вали внесением в среду инкубации частичек
латекса.

Вышеуказанные патологические процессы имеют в своем патогенезе – реакцию
воспаления (окислительный стресс).
Компоненты для ХИС.
Сложные эфиры щавелевой кислоты

Трихлорфенил оксалат Динитрофенил оксалат

Динитрофенил оксалат

Свет
Флуоресцентный краситель
Компоненты для ХИС.
Флуоресцентные красители

Антраценовые красители Аминоксантеновые красители

5,12-Бис(фенилэтинил)нафтацен
Родамин 6G
9,10 - дифенилантрацен

9,10-Бис(фенилэтинил)антрацен

Родамин В
1-хлор- 9,10-
Бис(фенилэтинил)антрацен Рубрен
Люминесценция және хемилюминесценция туралы
видеолар

1. https://youtu.be/xCZl9d3kSxk
2. https://youtu.be/tE0Zk5Njv8s
3. https://youtu.be/ade-aQQYuEo
4. https://
www.youtube.com/watch?v=8R9k2LKU5J4
Пысықтау сұрақтары
1. Жалпы хемилюминесценция дегеніміз не?
2. Люминесценцияға қабілеті бар заттар қалай аталады?
3. Электрондық қозған күйдің энергия көзіне байланысты люминесценцияның
түрлерін атаңыз?
4. Когерентті сәулелену көзіне не жататынын атаңыз?
5. Хемилюминесценция құбылысының практикалық маңызы қандай?
6. Энергияны конверсиялау механизмі туралы не айтасыз?
7. Жасушалар мен ұлпалардағы ішкі (әлсіз) хемилюминесценция құбылысы
және оның түрлері туралы не білесіз?
8. Химиялық жарық көздеріне нелер жатады?
9. Хемилюминометр аппараты туралы не білесіз?
10.Люминол дегеніміз не және люминолдың химилюминесценциясы туралы не
білдіңіз?
Қорытынды
Химилюменесценция энергия деңгейлері арасындағы электронды
ауысулармен байланысты. Сақталу заңына сәйкес, жоғары энергия
деңгейінен төмен деңгейге өткен электрон өз энергиясының осы деңгейлер
энергиясының айырымына тең бөлігінен бас тартуы керек. Қайтару жылу
бөлу түрінде де, жарық кванты шығару түрінде де болуы мүмкін. Соңғысы
- бұл химилюминесценция!

Химилюминесценция көмегімен заттардың құрамы, әр түрлі
радикалдардың, металдардың, оксидтердің болуын анықтайды,
нанотүтікшелер, кванттық нүктелер, биологиялық объектілер және т.б.
Химилюминесценция күрделі газ қоспаларының құрамын, атап айтқанда,
атмосферада қоспалардың болуын бағалау үшін қолданылады. Бұл әдістің
артықшылығы - өлшеуді автоматтандырудың қарапайымдылығы және
жоғары таңдамалы.
Хемилюминесценция криминалистикада қанның іздерін анықтау үшін
қолданылады, сонымен қатар автономды химиялық жарық көздерінде кең
қолданылады.
Пайдаланылған әдебиеттер:
1. Лейстнер Л., Буйташ П. Химия в криминалистике, М.: Мир, 1990. - 302 с.

2. Столяров К. П., Григорьев Н. Н. Введение в люминесцентный анализ
неорганических веществ. — Л., 1967. — 364 с.

3. Бишоп Э. Индикаторы. Том 1-2. Под редакцией Марова И.Н. — М.: Мир, 1976. — 446
c.

4. Л.Ю. Бровко, Н.Н. Угарова, Тайны и загадки "живого" света,
журнал «Природа», 1998 г. №2.

5. Р.Ф. Васильев, Химическое свечение, журнал «Химия и Химики», 2010 г., выпуск 1.

6. Christopher Lebeau, Chemolumineszenz der Oxalsäureester unter besonderer
Berücksichtigung substituierter kondensierter benzoider Aromaten und ihre Wirkung
als Luminophore, Düren 2006

7. Matthias Pritschet, Chemolumineszenz – Ausgewählte Versuche und ihr theoretischer
Hintergrund, Gymnasium Beilngries Kollegstufenjahrgang 2007
НАЗАРЛАРЫҢЫЗҒА
РАХМЕТ!

Ұқсас жұмыстар

Биологиялық айналым

Оптикалық сәуле

Продуценттер - күн энергиясын пайдаланатын жасыл өсімдіктер немесе органикалық заттарды биогенді элементтерден құрайтын жасыл өсімдіктер

Тірі зат

Экологиялық пирамида

Экология бөлімі

Физиологиялық адаптация

Экология пирамидасының түрлері

Ультрадыбыс - адам құлағы естімейтін, жиілігі

Ағзаға дейінгі деңгейлер

Пәндер