Extinctia fluorescentei-2010

5/10/2018 Extinctia fluorescentei-2010 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/extinctia-fluorescentei-2010 1/5

EXTINCŢIA FLUORESCENŢEI UNEI SOLUŢII DE

FLUORESCEINĂ PRIN IONI DE IOD

Anumite substanţe au proprietatea de a emite lumină dacă sunt expuse la o sursă de lumină.

Acest fenomen se numeşte luminescenţă. După durata de emisie a radiaţiei distingem:

• fosforescenţa - luminescenţa care durează un timp după excitaţie (de ordinul

minutelor sau chiar orelor);

• fluorescenţa – luminescenţa care dispare imediat ce sursa de excitare înceteazăsă mai acţioneze asupra substanţei, denumită în acest caz fluorofor.

Mecanismul procesului de fluorescenţă este prezentat în figura 1. O moleculă poate exista în

stări electronice de energii diferite, din care cea mai stabila (energie minima) este starea

electronica fundamentala, notată cu S0, iar stările excitate de singlet, superioare ca energie, notate

cu S1, S2 ....., sunt instabile. Pentru fiecare nivel electronic, corespund mai multe nivele energetice de

vibraţie, caracterizate de numerele cuantice de vibraţie (nv) 0, 1, 2, 3... . La temperatura camerei

cele mai multe molecule se găsesc pe nivelul vibrational cu nv=0 al stării S0. Dacă moleculele sunt

excitate (expuse la o sursa de lumină din domeniul UV-viz), ele pot să absoarbă energie radiantă

si să treacă astfel pe unul din nivelele vibraţionale ale stărilor S1 sau S2, în funcţie de energia

cuantei de lumină absorbite. Dacă au ajuns în starea S2, foarte instabilă, moleculele trec rapid pe un

nivel vibraţional superior al stării S1. Acest proces neradiativ (fără emisie de fotoni), rapid (10-10s),

care presupune tranziţia între două stări cu acelaşi spin (în cazul de faţă stări singlet, in care toti

electronii sunt imperecheati), se numeşte conversie internă (C.I.). Odată ajunse pe unul din

nivelele vibraţionale superioare ale stării S1 (nv>0), moleculele vor pierde energie neradiativ şi vor

suferi o tranziţie pe nivelul cu nv= 0 al stării S1. Acest proces neradiativ între două nivele

vibraţionale ale aceleiaşi stări energetice, pus pe seama ciocnirilor dintre moleculele în stare

excitată şi moleculele de solvent, se numeste relaxare vibrationala (R.V.). Starea S1 este însă de

asemeni instabilă, astfel încât de pe nivelul nv= 0 al stării S1 moleculele vor suferi o tranziţie pe

diferite nivele vibraţionale ale stării S0. Acest proces de dezexcitare, S1-S0, poate avea loc radiativ

(cu emisia unui foton) sau neradiativ (conversie internă). Procesul radiativ, însoţit deci de emisia

unui foton şi care presupune tranziţia S1→ S0 se numeşte fluorescenţă. De aici se desprind câteva

concluzii:



1. Prin absorbţie de radiaţie electromagnetică de diferite lungimi de undă, o moleculă poate

ajunge într-una din stările electronice excitate singlet S1, S2, …; astfel, spectrul de absorbţie va fi

alcătuit din mai multe benzi, notate S0→S1, S0→S2, ….

2. Emisia are loc numai din prima stare excitată, S1; spectrul de emisie va fi alcătuit dintr-o

singură bandă, banda S1→S0.

3. Prima stare excitată singlet se poate dezactiva atât radiativ, cât şi neradiativ; astfel numărul

fotonilor emişi va fi mai mic sau cel mult egal cu numărul fotonilor absorbiţi. De asemeni, ea fiind

instabilă, are un timp de viaţă scurt, de ordinul a 10-7-10-12 s.

După cum se observă din figura 1, deoarece absorbţia şi emisia au loc între diferite nivele

vibraţionale ale stărilor S0 şi S1, numai tranziţiile între nivelele vibraţionale de zero (nv=0), au

aceeaşi energie, pentru toate celelalte tranziţii energia cuantei absorbite este mai mare decât energia

cuantei emise. Indiferent de frecvenţa radiaţiei absorbite (ν abs), spectrul de fluorescenţă va consta

dintr-o bandă de fluorescenţă poziţionată la frecvenţe (şi energii) mai mici decât cele absorbite

2

nv=2

nv

=1

nv=0

S2

S1

S0

nv=2

nv=2

nv=1

nv

=0

nv=1

nv

=0

E

fluorescenţa

C.I.

R.V.

R.V.

absorbtie

Fig. 1 Mecanismul emisiei de fluorescenta.Legenda: sageti drepte-procese emisive, sageti serpuite-procese neemisive



(ν f ), deci lungimi de undă mai mari (figura 2). În plus, spectrul de emisie se prezintă ca imaginea

în oglindă a spectrului de absorbţie.

Fig. 2. Dispunerea spectrelor de absorbţie şi emisie în funcţie de lungimea de undă.

Eficienţa emisiei fluorescente este măsurată de randamentul cuantic de fluorescenţă. Prin

randament de fluorescenţă (Φ ) se înţelege raportul între numărul de fotoni emişi şi numărul de

fotoni absorbiţi de substanţă.

Φ =absorbitifotoninr.

emisifotoninr.(1)

Datorită proceselor de dezactivare neradiativă care determină ca numărul de fotoni emişi să

fie mai mic decât numărul de fotoni absorbiţi, randamentul de fluorescenţă este subunitar. El este,

de asemenea, proportional cu aria benzii de fluorescenta.

O serie de factori cum ar fi temperatura, concentraţia, prezenţa unor impurităţi pot duce la

micşorarea randamentului de fluorescenţă, proces care este denumit stingere a fluorescentei. Astfelstingerea fluorescenţei prin mărirea concentraţiei, denumită autostingere, se datorează fie unor

procese de emisie urmată de absorbţia radiaţiei de către molecule aflate în stare fundamentală, fie

unor asocieri moleculare.

Micşorarea randamentului de fluorescenţă datorită prezenţei unor substanţe străine are loc ca

urmare a unui transfer de energie de la molecula excitată de fluorofor la “impuritate” prin ciocnire.

Impuritatea poartă denumirea de stingător şi eficienţa stingerii depinde de concentraţia sa. Dacă Φ

este randament de fluorescenţă în absenţa stingătorului şi Φ Q în prezenţa sa, este valabilă ecuaţialiniară Stern-Volmer:

3

Figura 1

Absorbtie Fluorescenta →λ



]Q[k 1Q

τ

Φ

Φ

(2)

unde: [Q] este concentraţia stingătorului, τ este timpul de viaţă al speciei fluorescente, iar k este

constanta de viteză a reacţiei de stingere.

În cazul în care stingătorul nu modifică spectrul de emisie, randamentul de fluorescenţă este

proporţional cu intensitatea fluorescenţei, iar ecuaţia (2) se scrie:

]Q[k 1I

I

Q

τ (3)

În cele mai multe dintre cazuri, stingerea, care poate fi asimilată cu o ciocnire, urmează un

mecanism de transfer de energie controlat de difuzie, adică stingerea este un proces foarte rapid,

astfel că etapa determinantă de viteză este difuzia celor două molecule, de fluorofor şi de stingător,

în soluţie. Atunci constanta procesului de stingere este egală cu constanta de difuzie, care poate fi

calculată conform ecuaţiei;

k =η3

RT8(4)

unde R-constanta gazelor , T temperatura absolută, iar η este vâscozitatea solventului exprimată în

Poise.

Reprezentarea grafică a raportului I / IQ funcţie de [Q] , permite ca din panta dreptei obţinute

(tg α = k τ ) să se determine timpul de viaţă τ al speciei excitate.

Modul de lucru

În această lucrare se va examina influenţa ionilor de iod asupra fluorescenţei unei soluţii de

fluoresceină, având ca scop determinarea timpului de viaţă al stării excitate a fluoroforului

(fluoresceina). Se va măsura intensitatea fluorescenţei unor soluţii ce conţin fiecare aceeaşi cantitate

de fluoresceină şi diferite concentraţii ale ionilor de iod: 0,3N; 0,20N; 0,1N; 0,01N; 0,005N;

0,001N.

La prepararea soluţiei s-a folosit o soluţie tampon care asigură acelaşi grad de disociere a

substanţei fluorescente în soluţie, având în vedere că în cazul fluoresceinei numai anionul este

fluorescent.

4

OOH

O

COOH

OOH

O

COOH

H-+

cation forma neutra anion

→←= 2.2 pK

→←= 4.4 pK



Măsurătorile intensităţii fluorescenţei se vor face la un fluorimetru Pulfrich. Se va

măsura intensitatea relativă a fluorescenţei în raport cu o referinţă (sticlă fluorescentă).

se face raportul între intensitatea relativă a soluţiei de fluoresceină fără stingător şi

intensităţile relative ale soluţiilor cu stingător (ioni de iod), obţinându-se în acest mod

raportul ( I / IQ ).

se reprezintă grafic I / IQ în funcţie de concentraţia ionilor de iod şi din panta dreptei

obţinute se determină timpul de viaţă al fluoresceinei.

Vâscozitatea soluţiilor la diferite temperaturi este:

t°C η (Poise)20 0,0125 0,0089440 0,0065350 0,0055060 0,00466

1 Poise = 10-1 Pa⋅ s = 10-1 Kg⋅ m-1⋅ s-1

R = 8,31⋅ 107 erg⋅ mol-1⋅ K -1

1 erg = 10-7 J

Întrebări şi exerciţii

1. Care sunt procesele fotofizice pe care le suferă o moleculă după excitare?

2. Care sunt asemănările şi deosebirile între procesul de conversie internă şi relaxarea vibraţionala.

3. Indicaţi care este ordonata la origine în cazul unei reprezentări grafice Stern-Volmer.

5

Extinctia fluorescentei-2010

Documents

Transcript of Extinctia fluorescentei-2010