Салецкий Александр Михайлович
«Молекулярная люминесценция»
Описание курса:
Настоящий учебный курс представляет собой базовый элемент программы «Фундаментальные дисциплины направления (специальности) «Физика»». В рамках курса студенты должны получить представление о современном состоянии исследований в области молекулярной спектроскопии сложных молекулярных и биологических систем, в первую очередь люминесценции. В курсе излагаются физические основы процессов молекулярной люминесценции. Подробно рассматриваются основные результаты изучения межмолекулярных взаимодействий в конденсированных средах методами люминесцентной спектроскопии.
Акцент в изложении делается в первую очередь на молекулярную люминесценцию, изучение закономерностей которой позволяет понять особенности формирования люминесцентных характеристик и в системах других типов. Рассматриваются различные типы безызлучательных переходов, процессы тушения люминесценции, квантовые выходы и кинетика люминесценции. Анализируются поляризационные характеристики люминесценции. Значительное внимание уделяется изучению переноса энергии электронного возбуждения, а также механизмам влияния межмолекулярных взаимодействий на спектрально-люминесцентные характеристики.
В настоящее время процессы люминесценции и ее методы широко применяются в исследованиях сложных молекулярных и биологических систем, наноструктур и в медицинской диагностики. Люминесценция находится на переднем крае современных исследований, осуществляющиеся в физике, химии, биофизике и науках о материалах.
План курса:
Лекция 1. Люминесценция и её основные закономерности.
Взаимодействие света с веществом. Энергетические уровни молекул. Виды люминесценции и их классификация. Электронные переходы и их интенсивность. Спектры поглощения, возбуждения и флуоресценции.
Лекция 2. Спектральные закономерности молекулярной люминесценции.
Квазилинейчатые спектры поглощения и люминесценции. Выход люминесценции. Антистоксовая люминесценция. Флуоресценция из высших возбужденных состояний.
Лекция 3. Поляризованная люминесценция.
Поляризация люминесценции и ее свойства. Осцилляторная модель поляризованной люминесценции изотропных сред. Дихроизм поглощения и поляризация люминесценции ориентированных молекулярных систем.
Лекция 4. Законы затухания люминесценции.
Длительность люминесценции. Кинетика затухания анизотропии излучения. Мгновенные спектры люминесценции. Длительные процессы свечения. Условие возникновения фосфоресценции. Замедленная флуоресценция. Поляризация длительного свечения органических молекул.
Лекция 5. Влияние внутримолекулярных и межмолекулярных взаимодействий на оптические свойства люминесцирующих молекул.
Влияние растворителя на электронные спектры органических веществ. Неоднородное уширение спектров в растворах органических молекул Динамическое и статическое тушения люминесценции. Влияние молекулярной ассоциации на оптические свойства люминесцирующих растворов. Температурное тушение флуоресценции.
Лекция 6.
Перенос энергии электронного возбуждения между флуоресцирующими молекулами в растворах и твердых матрицах. Концентрационная деполяризация и концентрационное тушение люминесценции.
Лекция 7. Аппаратура для исследования стационарной люминесценции.
Основные элементы установок для измерения люминесцентных характеристик. Немонохроматические источники возбуждения люминесценции. Светофильтры и монохроматоры. Приемники излучения. Оптическая многоканальная регистрация спектров люминесценция.
Лекция 8. Практические аспекты люминесцентных измерений.
Калибровка и коррекция люминесцентных измерений. Выбор условий проведения люминесцентных измерений. Методы измерения выхода люминесценции. Методы определения степени поляризации люминесценции. Автоматизация люминесцентных измерений.
Лекция 9. Измерения времени затухания флуоресценции.
Методы измерения времени затухания флуоресценции в наносекундном диапазоне. Методы измерения времени затухания флуоресценции с пикосекундным разрешением.
Лекция 10. Измерения длительных процессов свечения.
Фосфоресцентная спектроскопия. Метод импульсного фотолиза.
Лекция 11. Методы флуоресцентного анализа многокомпонентных систем.
Метод селективной модуляции. Метод синхронного сканирования. Сканирующая люминесцентная спектроскопия. Фазочувствительный метод регистрации люминесценции.
Лекция 12. Флуоресцентная спектроскопия.
Дальнепольная микроскопия. Конфокальный флуоресцентный микроскоп. Ближнепольная флуоресцентная спектроскопия. Техника ближнепольной флуоресцентной спектросопии.
Лекция 13. Специальные применения флуоресцентной спектроскопии.
Резонансный перенос энергии электронного возбуждения между флуоресцирующими молекулами. Флуоресцентная временная микроскопия изображений. Восстановленная флуоресценция после фотообесцвечивания. Флуоресценция полного внутреннего отражения.
Лекция 14. Метод флуоресцентной корреляционной спектроскопии.
Экспериментальные установки для флуоресцентной корреляционной спектроскопии. Применение корреляционной флуоресцентной спектроскопии для исследования трансляционной и вращательной диффузии молекул, их локальной концентрации. Кросс-корреляционная флуоресцентная спектроскопия.
Лекция 15. Плазмон контролируемая флуоресценция.
Понятия плазмона. Плазмонное взаимодействие с веществом. «Плазмонная» диаграмма Яблонского. Типы плазмон контролируемой флуоресценции. Направленное излучение с использованием плазмонных структур.
Лекция 16. Флуоресценция биологических систем.
Собственная люминесценция клеток и тканей. Флуоресценция нуклеиновых кислот и белков. Зондовая люминесценция и люминесцентные метки. Определение микровязкости мембран. Эффективность переноса энергии. Оценка ассоциации молекул. Зонды для изучения внутриклеточного рН и транспорта кальция.
Лекция 17. Принципы использования люминесценции в биомедицине.
Автофлуоресценция биотканей в диагностике онкологических заболеваний. Зондовая флуоресценция тканей в диагностике онкологических заболеваний Результаты по использованию красителей в диагностике онкозаболеваний. Люминесценция биологических жидкостей.
Лекция 18. Флуоресцентная спектроскопия фотосинтеза.
Флуоресцентные показатели листьев растений как индикатор физиологического состояния. Природа замедленной флуоресценции зеленых растений. Метод регистрации замедленной флуоресценции растений.
