Šta je fluorescencijska spektroskopija?
Fluorescencijska spektroskopija analizira fluorescenciju molekula na osnovu njihovih fluorescentnih svojstava.
Fluorescencija je luminescence koja nastaje kada molekula bude uzbuđena fotonom u elektronsko uzbuđeno stanje kako bi se vratila u stanje tla.
Fluorescencija spektroskopija koristi snopa svjetlosti za uzbuđenje elektrona u određenim molekulama spoja i uzrokuje im da emituju svjetlost. Svjetlost prolazi kroz monohromator i ulazi u detektor gdje se otkriva, koji se koristi za mjerenje i identifikaciju molekula ili promjena molekula.
Uvod u fluorescenciju Steady-State Spectroscopy and Lifetime Testing
Fluorescencija se uglavnom odnosi na fenomen luminescence, svjetlost koju emitira molekula. Postoji nekoliko vrsta sjaja.
Fotoluminescencija je emisija fotona uzbuđenih svjetlosnom energijom ili fotonima.
Kemiluminescencija, definirana kao luminescence fotona uzbuđenih hemijskom energijom, uključuje bioluminescence, kao što se vidi u svicima i mnogim morskim životom.
Elektroluminescence je emisija fotona kada električna energija ili jako električno polje stimulira fotone, kao što su u nekim primjenama rasvjete.
Preciznije, fluorescenciju je vrsta fotoluminescence gdje svjetlost stavlja elektrone u uzbuđeno stanje. Uzbuđeno stanje brzo gubi toplotnu energiju u okoliš vibracijama, a zatim emitira fotone iz najnižeg uzbuđenog stanja. Ovaj proces emisije fotona natječe se s drugim neradijativnim procesima, uključujući prijenos energije i gubitak topline.
Kada se koristi izraz "fluorescencija", isti metod mjerenja se uglavnom odnosi na bilo koju od gore navedenog razreda luminescence.
Šta je fluorescencijska spektroskopija?
Fluorescencija uzbuđenja i emisija spektra zrcale jedni druge. Spektroskopija fluorescencije koristi emisiju i uzbuđenje da vidi kako se uzorak mijenja.
Slika 1: Fluorescencija spektra uzbuđenja (plava) i emisijska spektra (ljubičasta) su slike zrcala jedna o drugoj
Fluorescencija fluorescencije u stanju stadijuma je kada molekula fluoresce kada je uzbuđena konstantnim izvorom svjetlosti, a emitirani fotoni ili jačina se detektiraju kao funkcija talasne dužine. Emisijski spektar fluorescencije je kada je talasna dužina uzbuđenja fiksna, emisijska talasna dužina se skenira, a dobija se i odnos između inteziva i emisijske talasne dužine.
Fluorescencija ekscitacijski spektar je kada je emisijska talasna dužina fiksirana, promjenom ekscitacije monohromatorske talasne dužine, skeniranjem intenzivnosti na različitim talasnim dužinama. Na taj način, spektar pruža informacije o uzorku i apsorpcionim talasnim dužinama kako bi se odabrala optimalna jedna emisijska valna dužina za otkrivanje emisije. Slična je apsorpcionoj spektroskopiji, ali je osjetljivija tehnika u smislu granica otkrivanja i molekularne specifičnosti. Spektri uzbuđenja specifični su za jednu emisijsku valnu dužinu/vrstu, u relativu apsorpcionog spektra svih apsorpcionih vrsta u mjernom rastvoru ili uzorku. Emisija i uzbuđenje datog fluorophora su zrcalne slike jedna o drugoj. Tipično, emisijski spektri se pojavljuju na višim talasnim dužinama (nižim energijama) od uzbuđenja ili apsorpcionog spektra
Ova dva spektralna tipa (emisija i uzbuđenje) se koriste za promatranje kako se uzorak mijenja. Spektralni intenzivitet i vršna talasna dužina mogu se mjeriti sa varijablama kao što su temperatura, koncentracija ili interakcije sa okolnim molekulama. To uključuje utaživanje molekula i molekula ili materijala uključenih u prijenos energije. Neki fluorophori su osjetljivi na svojstva okruženja otapa, kao što su pH, polaritet, i određene ionske koncentracije.
Koje vrste molekula ili materijala ispoljavaju fluorescenciju?
Fluorescencijska emisija spektra nekih uobičajenih fluorophora. Fluorophori igraju centralnu ulogu u spektroskopiji fluorescencije i čine ovu vrstu spektroskopija vrlo osjetljivom tehnikom.
Fig. 2: Emisijski spektri fluorescencije nekih uobičajenih fluorophora širom UV-a i vidljivog spektra
Fluorescentne molekule i materijali dolaze u svim oblicima i veličinama. Neki su inherentno fluorescentni, kao što su hlorofila i aminokiseline triptofan (Trp), fenilalanin (Phe) i tirozin (Tyr). Drugi su molekule sintetizirane kao stabilna organska boja ili oznake koje se mogu dodati drugim ne-fluorescentnim sistemima. Općenito, organske fluorescentne molekule imaju strukturne osobine kao što su aromatski prstenovi i π-konjugirani elektroni. Ovisno o njihovoj veličini i strukturi, organska boja emitira svjetlost u talasnim dužinama u rasponu od ultraljubičaste do skoro infracrvene.
Ispod su neki slučajni zajednički fluorophori čija se emisija može vidjeti u rasponu UV-Vis. Za neke rijetke zemaljske elemente, kao što su lantanidi, zbog viših elektron orbitala koje se popunjavaju, elektronski prijelazi zbog prijenosa naboja iz metalnih ligandi se javljaju između 4f-5d ili čak 4f-4f orbitala. (Bunzli, 1989) Postoje mnoge molekule koje odašiljaju svjetlost u prirodi, kao što su neke aminokiseline, hlorofila i prirodni pigmenti. I dalje su drugi pažljivo dizajnirani za posebne upotrebe u spektroskopiji fluorescenciju
Primjeri fluorescentnih molekula i materijala:
Aminokiseline (Trp, Phe, Tyr)
Derivati baznog para (2-AP, 3-MI, 6-MI, 6-MAP, pyrrole-c, tC)
hlorofil
Fluorescentni proteini (FPs)
Organska boćanja (fluorescein, rodamin, n-aminokumarini i njihovi derivati)
Rare Earth Elements (Lanthanides)
poluvodicar
kvantne tacke
jednozidne ugljikove nanocijeve
Solarna baterija
Pigment, Elektroplating
fosfor
Više...
Druge molekule i materijali kao što su fluorescentni proteini, poluvodici, fosfori i rijetki zemaljski elementi se obično koriste fluorescentni uzorci. Polimeri koji sadrže konjugirani aromatski ugljikovodici ili dieni često također imaju fluorescentna svojstva. Naravno, naučnici su radili i na stvaranju novih materijala.
