Cỏc chất màu được gọi là cỏc chất phỏt quang bất liờn tục. Như đó núi ở phần trờn, cỏc phõn tử chất màu hấp thụ bức xạ quang học nằm trong dải quang phổ từ tử ngoại đến gần hồng ngoại gần. Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của chất màu là cỏc băng rộng (30 ữ100 nm) ớt cấu trỳc và khụng trựng chập nhau.
400 450 500 550 600 650 700 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 550 nm H uỳ nh quang (c huẩn hóa) H ấp thụ ( chuẩn hóa ) Bước sóng (nm) 590 nm RB
Hỡnh 1.4. Phổ hấp thụ và huỳnh quang của RB [132]
Hỡnh 1.4 trỡnh bày phổ hấp thụ, huỳnh quang của chất màu RB trong dung mụi ethanol. Cỏc phổ hấp thụ và bức xạ của cỏc chất màu hữu cơ tuõn theo cỏc định luật huỳnh quang của phõn tử; dạng phổ huỳnh quang khụng phụ thuộc vào bước súng kớch thớch; cực đại và toàn bộ phổ huỳnh quang dịch chuyển về phớa súng dài so với phổ hấp thụ, sự dịch chuyển này xỏc định bởi dịch chuyển Stockes. Phổ huỳnh quang đối xứng gương với phổ hấp thụ. Phần súng dài của phổ hấp thụ thường chồng lờn phần súng ngắn của phổ huỳnh quang. Sự hấp thụ ứng với cỏc dịch chuyển từ trạng thỏi S0 (singlet) lờn trạng thỏi triplet Ti (i= 1, 2,...) là bị cấm theo spin. Băng hấp thụ súng dài ứng với dịch chuyển S0 → S1. Cỏc bước súng ngắn hơn ứng với cỏc dịch chuyển S0→ S2, S0 → S3,...
Với thụng lượng bức xạ nhỏ hơn 1026 photon cm-2s-1, cỏc dải hấp thụ và bức xạ của phõn tử chất màu cú thể coi là cỏc băng mở rộng đồng nhất, nghĩa là phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của mỗi phõn tử chất màu trong dung dịch trựng với phổ tương ứng của tất cả cỏc phõn tử chất màu trong dung dịch.
Người ta cũng thấy rằng phổ hấp thụ và huỳnh quang của chất màu phụ thuộc rừ rệt vào dung mụi hũa tan chất màu. Tựy thuộc vào cấu trỳc phõn tử mà cỏc
chuyển dời quang học của chất màu nằm giữa khoảng từ 200 nm đến 1200 nm (ứng với mức năng lượng 6,2 eV – 1,0 eV). Giới hạn ở phớa súng ngắn là độ bền quang học của phõn tử màu (năng lượng liờn kết phõn tử), giới hạn ở phớa súng dài phụ thuộc vào độ bền nhiệt của phõn tử.
Huỳnh quang của chất màu được đặc trưng bởi cỏc đại lượng:
+ Dạng phổ huỳnh quang: đỉnh phỏt xạ λHQ và độ bỏn rộng ∆λHQ.
+ Hiệu suất lượng tử Q: là tỷ số giữa số photon phỏt ra với số photon hấp thụ, được xỏc định theo cụng thức [73,74]: r r r nr tot Γ Γ Q = = Γ +Γ Γ (1.1)
Trong đú, Γr và Γnr là vận tốc hồi phục bức xạ và vận tốc hồi phục khụng bức xạ của chất phỏt huỳnh quang.
+ Độ phõn cực huỳnh quang:
Huỳnh quang của mẫu vật cú thể bị phõn cực do nguyờn nhõn bờn trong hay bờn ngoài của chất phỏt huỳnh quang khi kớch thớch bằng ỏnh sỏng phõn cực thẳng. Mức độ phõn cực của phỏt xạ được mụ tả bởi độ phõn cực [20]:
max min max min I - I P = I + I (1.2) hoặc: P = I - I I + I ⊥ ⊥ (1.3) Trong đú Imax và Iminlà cường độ cực đại và cực tiểu được quan sỏt khi quay kớnh phõn tớch xung quanh trục trựng với phương quan sỏt. Và I, I⊥ là cường độ đo khi đặt kớnh phõn tớch song song và vuụng gúc với vộc tơ điện của bức xạ kớch thớch.
Núi chung, ỏnh sỏng huỳnh quang thường là phõn cực thẳng, một số trường hợp phõn cực elip. Sự phõn cực là kết quả của tớnh dị hướng của cỏc tõm bức xạ hoặc là do ảnh hưởng của mụi trường dị hướng.
+ Thời gian tắt dần huỳnh quang τ (hay thời gian sống huỳnh quang): là thời gian trung bỡnh của một phõn tử ở trờn trạng thỏi kớch thớch trước khi hồi phục phỏt xạ một photon. Trờn thực tế, sự phỏt huỳnh quang biểu diễn theo động học:
Trong đú: [S1] là số cỏc phõn tử tồn tại ở trạng thỏi kớch thớch tại thời điểm t. [S1]0 là số phõn tử được kớch thớch lỳc ban đầu, τ là thời gian để cường độ huỳnh quang suy giảm đi e lần. Do đú τthường được xỏc định từ phộp đo suy giảm huỳnh quang.
Thời gian sống huỳnh quang liờn hệ với hiệu suất lượng tử theo cụng thức sau [73,74]: r r r r nr tot Γ Γ Q = = = Γ .τ Γ +Γ Γ (1.5) và r nr tot 1 1 τ = = Γ + Γ Γ (1.6)
trong đú: Γtot là vận tốc hồi phục tổng cộng. Do đú nếu đo thời gian sống và hiệu suất lượng tử của chất phỏt quang chỳng ta cú thể thấy được sự thay đổi cỏc vận tốc hồi phục bức xạ và khụng bức xạ của chất phỏt quang trong cỏc mụi trường khỏc nhau.
Chất màu hữu cơ trong dung mụi cú thời gian sống huỳnh quang khoảng 1ữ10 ns. Núi chung, thời gian tắt dần huỳnh quang và hiệu suất lượng tử của chất màu phụ thuộc mạnh vào mụi trường phõn tỏn.