ЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ
Спасибо нашим инвесторам из казино онлайн
ЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ
(от лат. lumen—свет), «холодное свечение», обусловленное не повышением t° (тепловое или температурное-излучение), но различными иными причинами. В зависимости от способа возбуждения-свечения различают несколько видов Л. Таковы: 1) фотолюминисценци я— свечение, вызываемое предварительным освещением; 2) электролюминисцен-ц и я—свечение под влиянием электрических воздействий, в частности катодо-люминисценци я—Л. под действием катодных лучей; 3) хеми л ю мини сцен-ция—свечение под влиянием хим. процессов, напр. свечение, сопровождающее окисление фосфора, свечение гнилого дерева; различные виды биол. свечений (светляки v светящиеся бактерии); 4) триболюми-нисценци я—свечение под влиянием ме-ханич. воздействий (напр. свечение при раскалывании мела). Из всех этих видов Л. наиболее изученной является фотолюминис •>• ценция. Во многих случаях свечение, возникшее под влиянием освещения, практически прекращается одновременно с прекращением последнего. В этих случаях мы имеем дело с флюоресценцией. В других случаях свечение может длиться многими часами по прекращении освещения— это явление называется фосфоресценцией. В том и другом случае соблюдается так наз. закон Стокса, по которому длина. волны испускаемого света вообще говоря больше длины волны возбуждающего, т. е. спектральный состав света Л. смещен относительно состава возбуждающего в красную» сторону. Флюоресценция наблюдается в газах, жидкостях и твердых телах, фосфоресценция—исключительно в твердых телах. Особенно характерна и легко возбуждается-флюоресценция в растворах различных красок—флюоресцеина, эозина и других. При этом замечательно, что флюоресценция наблюдается уже при совершенно ничтожных концентрациях краски (приблизит. 10~Б
г/см2).
За последнее время флюоресценцией стали пользоваться с аналитическими целями. Так, большинство алкалоидов дает характерную и сильную флюоресценцию уже в-очень сильных разведениях. Напр. хинин (сернокислый) может быть обнаружен по своей синей флюоресценции при разведении 1:108. Т. о. по интенсивности и цвету флюоресценции можно следить за экстракцией различных алкалоидов. Равным образом при испытании чистоты фарм. препаратов метод флюоресценции оказывает весьма ценные услуги. Между прочим по флюоресценции возможно различать новокаин, кокаин* стоваин и т. д. Теоретич. истолкование явлений Л., особенно фотолюминисценции, сделало большие успехи благодаря развитию теории квантов (см.
Квантов теория)
и теории строения атомов (см.
Атом).
В частности процесс флюоресценции газов получил весьма детальное объяснение. По современным представлениям, молекулы или атомы вещества, поглотившие световой квант, переходят в особое возбужденное состояние, при к-ром один из внешних электронов переходит на более удаленную орбиту. Если вещество находится в газообразном состоянии при достаточном разрежении, т. ч. соударения между молекулами относительно редки, то такая возбужденная молекула оказывается способной пребывать в состоянии, характеризующемся избыточной энергией, в течение весьма короткого, но конечного промежутка времени (приблизительно Ю-7 сек.). По истечении этого времени электрон самопроизвольно возвращается на нормальную устойчивую орбиту, а избыток энергии излучается в виде света флюоресценции. При повышении давления газа вероятность соударений между молекулами возрастает, и может случиться, что возбужденная молекула испытает столкновение до того, как электрон успеет вернуться на нормальную орбиту. В этом случае переход из возбужденного в нормальное состояние уже не будет сопровождаться излучением света, а избыточная энергия чаще всего используется для хим. реакции (напр. для разложения соударяющейся молекулы) или же может перейти в кинетическую энергию поступательного движения соударяющихся молекул, т. е. в конечном счете—в тепло. Т. о. при повышении давления газа флюоресценция должна ослабляться, что и наблюдается на самом деле (тушение флюоресценции). В жидкостях флюоресцирующие молекулы подвергаются многочисленным ударам со стороны молекул растворителя. Тем не менее и в этом случае непосредственным опытом установлено, что возбужденные молекулы «задерживаются» в этом состоянии в течение промежутков времени порядка Ю-7 сек. Так. обр. оказывается, что те части флюоресцирующих молекул (обычно весьма сложных), где разыгрывается самый процесс флюоресценции, как-то защищены от дезактивирующего влияния молекул растворителя. И только при
повышении концентрации, когда становятся более частыми соударения флюоресцирующих молекул между собой, наблюдаются такие же процессы тушения флюоресценции, как и в газах. В случае хемолюминисценции механизм свечения совершенно аналогичен рассмотренному; только здесь возбуждение молекул осуществляется не за счет поглощения света, а за счет теплового эффекта реакции. Если напр. реакция протекает по типу А + В-* AB + Q, то энергия Q, выделяющаяся при этой реакции, в первый момент оказывается сосредоточенной в молекуле АВ, к-рая вследствие этого приходит в воз-г бужденное состояние и при наличии определенных условий может отдать свой избыток энергии путем испускания света.—Механизм фосфоресценции еше не вполне ясен. Весьма вероятно, чт. о это явление связано с существованием т. н. «метастабилъных» состояний, т. е. таких возбужденных состояний, из которых молекула самопроизвольно не может вернуться в нормальное состояние. Для возвращения в нормальное состояние метастабильыая молекула должна испытать какое-нибудь возмущение извне, напр. удар. Время жизни таких молекул может быть весьма продолжительным. &Э. Шполъский. Л. растений, бактерий, грибов и животных. В животном мире Л. наблюдается у представителей всех почти групп животных. Со времен Аристотеля и Плиния известно свечение в темноте гниющего дерева. В середине 19 в. явление это описано и изучено Геллером и Людвигом (Heller, Ludvig), установившими, что причина его заключается в продукции света грибами, живущими в дереве. Установлено (Molisch и др.) около 30 видов грибов, продуцирующих свет. Продукция света происходит внутри клеток при условии полной их жизнедеятельности, во влажной среде и при достаточном количестве кислорода. Очень распространена Л. у бактерий (около 35 видов). Попытка объединить их в один род Photobacterium оказалась несостоятельной. Л. бактериальных культур объясняется известное еще со времен Аристотеля свечение гниющего мяса, мертвых животных, а. также наблюдавшееся иногда свечение открытых ран. Из искусственных сред, необходимых для люминисценции бактерии, отмечают пептон, углеводы (глюкоза) или вещества группы лецитина. Совершенно необходим для Л. кислород, хотя бы в ничтожных дозах, и вода. Необходимой составной частью среды для культивирования бактерий являются далее соли, играющие роль гл. обр. осмотического, а не хим. фактора. Очень благоприятные результаты дает 3%-ное содержание в среде NaCl, однако он с успехом может быть заменен рядом других солей: KN08, КС1 и т. д. и даже эквивалентными количествами сахара. Наркотизирующие вещества в больших дозах прекращают Л., малые же количества эфира, различных спиртов, а также KCN в концентрации т/10—
т125й
несколько активируют Л. (стимулирующее действие на каталитические процессы, лежащие в основе изучаемого явления).— Весьма существенной для Л. является активная реакция среды. Наиболее благоприятна слабощелочная реакция. Нижняя температурная граница Л. у бактерий—190°, верхняя соответствует верхней границе фер-ментатибных процессов (около 40—50°). Оптимум различен для разных видов, в среднем около 20°. Яркий солнечный свет прекращает Л., воздействуя красной частью спектра; фиолетовые лучи, наоборот, несколько стимулируют Л. Ультрафиолетовые лучи и лучи Ra не нарушают Л. У простейших Л. описана в ряде видов Radiolaria и Dinoflagellata, в громадном количестве содержащихся в морской воде; это объясняет широко известное явление периодич. «свечения моря». Описана Л. для ряда групп ракообразных, многоножек и насекомых; среди последних особенное место занимают жуки. Светящиеся жу – ки (из сем. Malacodermidae и Elateridae) послужили объектом капитальных работ Дюбуа и Гарвея (Dubois, Garvey), изучавших физиологию Л. В противоположность бактериям и грибам, у к-рых имеет место непрерывная Л., почти у всех животных встречается кратковременное свечение вспышками, носящее характер ответа на раздражение. Л. может быть вызвана воздействием различных факторов—осмотического, механического, электрического и т. д. В противоположность бактериям, у которых люминис-ценция всегда внутриклеточна, у животных встречается также и внеклеточное, свечение выделяемого секрета. Физически люмиыисценция растений и животных характеризуется сплошным, но весьма коротким спектром с длиной волны в пределах от 0,41
ц
до 0,72
ц
и исключительно малой продукцией тепла; коефициент полезного действия Л. равен почти 100%. Интенсивность самого света также минимальна. Продуцируемый при Л. свет может быть поляризован, способен вызывать флюоресценцию, фосфоресценцию
и оказывать фотохимическое действие на фотографическую пластинку и участвовать в образовании хлоро-фила в листьях, а также вызывать фототропические изгибания растений. Различными авторами описаны различные цвета Л. Известная еще со времен Спаланцани зависимость Л. от наличия 02 заставила считать, что свечение появляется в результате окислительного процесса. Предположение о том, что здесь имеет место хемилюмини-сценция, приобрело высокую степень достоверности после того, как Радзишевскому удалось получить продукцию света in vitro в щелочной среде при действии кислорода на ряд веществ: альдегиды, жирные к-ты, многоатомные спирты, фосфатиды и т. д. Окончательно химизм Л. выяснен капитальными работами Дюбуа и Гарвея, исследовавших высушенные светящиеся органы животных или их выделения и показавших, что Л. возникает при взаимодействии двух веществ: люциферина и фермента люцифе-разы. Люциферин (фотоген нек-рых авторов), повидимому вещество белкового характера, возникает внутри клеток в результате чисто биол. процесса из пролюци-ферина под действием фермента к о л ю ц и-ф е р а з ы (фотогенезы). Он переносит нагревание до 70—100°. Люцифераза (фермент, принадлежащий к группе оксидаз) переносит нагревание только до 60° и при действии на люциферин может быть заменен рядом окислителей: перманганатом, кислородной водой и т. д. Самый процесс Л. следовательно не носит витального характера. Л. может быть достигнута при ничтожных следах кислорода; по данным Гарвея положительные результаты получаются, если одна часть 02 приходится на 3 700 000 частей воды. Повышение t° на 10° усиливает скорость реакции люциферин—люцифераза в 3—4,5 раза. Интенсивность Л. пропорциональна парциальному давлению кислорода. Как люциферин, так и люцифераза обладают высокой степенью специфичности, и Л. не получается в случае взаимодействия этих веществ, принадлежащих различным видам. Постоянство Л., продолжающейся, как это напр. имеет место у бактерий, без всякого перерыва в течение многих суток, указывает на то, что в данном случае имеет место подвижное равновесие реагирующих веществ, и существует редукция окисленного люциферина—оксилюциферина с переводом его в прежнее состояние. По Гарвею, происходящие при Л. хим. реакции могут быть изображены следующим образом: если символом LH2 обозначить’ люциферин, a L— оксилюциферин, то LH2 + О + Luciferasa^i ^±L + H20 +Luciferasa. Существующее равенство выделения и поглощения энергии объясняет отсутствие образования С02 (О связывается с Н) и тепла. Вместе с тем восстанавливаются первоначальные вещества, снова вступающие в реакцию. Л. представляет собой т. о. исключительно экономный вид продукции света.—Морфология продукции света не может считаться достаточно изученной. Относительно биол. значения Л. в литературе существует нек-рая пестрота взглядов. Можно считать установленным значение ее для полового процесса (привлечение и отыскание полов) у жуков и нек-рых червей. Точно так же недостаточно изучена защитная роль Л., хотя она и вероятна.—Нек-рые авторы (Trojan, Heller) совершенно отрицают биол. значение Л., рассматривая ее только как средство для освобождения клеток от продуктов распада. По мнению Мангольда (Mangold), автора обширной сводки по Л., происхождение ее именно таково, в процессе же эволюции у нек-рых форм Л. получила вторичное биол. значение.—Чрезвычайная экономность био-люминисценции давно уже вызывала попытки технического ее применения. Молиш, Дюбуа и др. конструировали бактериальные лампы—стеклянные сосуды, наполненные бульоном со светящимися бактериями; однако практического применения эти попытки не получили, так как свет оказался очень слабым. &с. Залкинд.
Лит.:
Физические работы.—В а в и л о в С, Действия света, М., 1922; Danckw. ortt, Lumines-zenz-Analyse im filtrierten ultravioletten Licht, Lpz., 1928; Pringsheim P., Fluoreszenz u. Phos-phoreszenz im Li elite der neueren Atomtheorie, В., 1928. Биологические работы.—У г л о в В., Фосфоресцирующие бактерии, Воен. мед. ж., т. CCXXI, стр. 187, 1908; Buchner P., tjber das tierisehe Leu-chten, Naturwissenschaften, B. X, 1922; Harvey E., Npue Versuche tiber die Biolumineszenz, N turwis-S»ns»haften, В. ХШ, 1924; Klein G., Die Lhht nt-wicklung bei Pflmzen (Hndb d normalen u. p^tho-1 ig. Physiol., hrsg. v. A. B>the, G. v. Bergmann u. a., B. VIII, T 2, B„ 1928); Mangold. E’., Die Produktion von Li^ht (Hndb. d. verglekhmden Physiol gie, hrsg. v. H. Wint rstein, B III, H 2, Jena, 1910—1 4); о h ж e, Ch nlie d ;r Li’ htproduktion durch Organism n (Hndb. d Bi ich’mie d s Mens ben u der Tiere, hrsg v. C. Oppenhaim r, B. II, Jena, 1925); он же, Die Produkti n von Liolitenergie bei Tieren (Hndb. d. n тт. und path. Physiol»gie, hrsg. v. A. Bethe, G-. v. Btrgmann u. a., B. VIII, T. 2, В., 1928); Molisch H., Leuchtende Pflanzen, Jena, 1912; о н ж e, Photogene Bakterien (Hndb. d. teebn. My-kologie, hrsg. v. F. Lafar, B. I, Jena, 1904—07); он ж e, Leuchtende Pflanzen, Umschau, 1917, p. 243; P r a t J e A., Das Leuchten d r Organismen, Ergeb-nissp d. jr Physiologic, B. XXI, Abt. 1, 1923 (лит.).