Què és l'espectroscòpia de fluorescència?
L'espectroscòpia de fluorescència analitza la fluorescència de les molècules en funció de les seves propietats fluorescents.
La fluorescència és la luminescència que es produeix quan una molècula és excitada per un fotó a un estat excitat electrònicament per tal de tornar a l'estat fonamental.
L'espectroscòpia de fluorescència utilitza un feix de llum per excitar els electrons en certes molècules compostes i fer que emetin llum. La llum passa a través d'un monocromador i entra en un detector on es detecta, que s'utilitza per mesurar i identificar molècules o canvis en les molècules.
Introducció a l'espectroscòpia d'estat estacionari fluorescència i proves de per vida
La fluorescència es refereix àmpliament al fenomen de la luminescència, la llum emesa per les molècules. Hi ha diversos tipus de brillantor.
La fotoluminescència és l'emissió de fotons excitats per l'energia de la llum o fotons.
La quimioluminescència, definida com la luminescència dels fotons excitats per l'energia química, inclou la bioluminescència, com es veu en les cuques de llum i en moltes vides marines.
L'electroluminescència és l'emissió de fotons quan l'energia elèctrica o un camp elèctric fort estimula els fotons, com en algunes aplicacions d'il·luminació.
Concretament, la fluorescència és un tipus de fotoluminescència on la llum posa electrons en un estat excitat. L'estat excitat perd ràpidament energia tèrmica al medi ambient a través de la vibració, i després emet fotons des de l'estat excitat més baix. Aquest procés d'emissió de fotons competeix amb altres processos no desaconssesos, incloent la transferència d'energia i la pèrdua de calor.
Quan s'utilitza el terme "fluorescència", el mateix mètode de mesura s'aplica generalment a qualsevol de les classes anteriors de luminescència.
Què és l'espectroscòpia de fluorescència?
L'excitació de fluorescència i els espectres d'emissió es reflecteixen entre si. L'espectroscòpia de fluorescència utilitza l'emissió i l'excitació per veure com està canviant una mostra.
Fig. 1: Un espectre d'excitació de fluorescència (blau) i un espectre d'emissió (porpra) són imatges especulars l'un de l'altre.
L'espectroscòpia de fluorescència d'estat estacionari és quan una molècula fluoritza quan s'excita per una font de llum constant, i els fotons o intensitat emesos es detecten en funció de la longitud d'ona. L'espectre d'emissió de fluorescència és quan es fixa la longitud d'ona d'excitació, s'escaneja la longitud d'ona d'emissió i s'obté la relació entre la intensitat i la longitud d'ona d'emissió.
L'espectre d'excitació de fluorescència és quan es fixa la longitud d'ona d'emissió, canviant la longitud d'ona del monocromador d'excitació, escanejant la intensitat en diferents longituds d'ona. D'aquesta manera, l'espectre proporciona informació sobre les longituds d'ona de la mostra i l'absorció per seleccionar la longitud d'ona òptima d'una sola emissió per a la detecció d'emissió. És similar a l'espectroscòpia d'absorció, però és una tècnica més sensible en termes de límits de detecció i especificitat molecular. Els espectres d'excitació són específics d'una única longitud d'ona/espècie d'emissió, en relació amb els espectres d'absorció de totes les espècies absorbents en la solució de mesura o mostra. Els espectres d'emissió i excitació d'un fluoròfor donat són imatges especulars l'un de l'altre. Típicament, els espectres d'emissió apareixen en longituds d'ona més altes (energies més baixes) que els espectres d'excitació o absorció.
Aquests dos tipus espectrals (emissió i excitació) s'utilitzen per observar com canvia la mostra. La intensitat espectral i la longitud d'ona màxima poden variar amb variables com la temperatura, la concentració o les interaccions amb les molècules circumdants. Això inclou l'apagat de molècules i molècules o materials implicats en la transferència d'energia. Alguns fluoròfors són sensibles a les propietats de l'entorn solvent, com el pH, la polaritat i certes concentracions iòniques.
Quins tipus de molècules o materials presenten fluorescència?
Espectres d'emissió de fluorescència d'alguns fluoròfors comuns. Els fluoròfors juguen un paper central en l'espectroscòpia de fluorescència i fan d'aquest tipus d'espectroscòpia una tècnica altament sensible.
Fig. 2: Espectres d'emissió de fluorescència d'alguns fluoròfors comuns a través de la UV i l'espectre visible
Les molècules i materials fluorescents vénen en totes les formes i mides. Alguns són inherentment fluorescents, com la clorofil·la i els residus d'aminoàcids triptòfan (Trp), fenilalanina (Phe) i tirosina (Tir). Altres són molècules sintetitzades com a tints orgànics estables o etiquetes que es poden afegir a altres sistemes no fluorescents. En general, les molècules fluorescents orgàniques tenen característiques estructurals com anells aromàtics i electrons conjugats π. Depenent de la seva mida i estructura, els colorants orgànics emeten llum en longituds d'ona que van des de l'ultraviolat fins a l'infraroig proper.
A continuació es mostren alguns fluoròfors comuns aleatoris l'emissió dels quals es pot veure que abasta el rang UV-Vis. Per a alguns elements de terres rares, com els lantànids, a causa de l'ompliment dels orbitals electrònics més alts, les transicions electròniques a causa de la transferència de càrrega dels lligands metàl·lics es produeixen entre orbitals 4f-5d o fins i tot 4f-4f. (Bunzli, 1989) Hi ha moltes molècules que emeten llum a la natura, com alguns aminoàcids, clorofil·la i pigments naturals. Altres estan acuradament dissenyats per a usos especials en espectroscòpia de fluorescència.
Exemples de molècules i materials fluorescents:
Aminoàcids (Trp, Phe, Tyr)
Derivats del parell base (2-AP, 3-MI, 6-MI, 6-MAP, pirrole-c, tC)
clorofil·la
Proteïnes fluorescents (FPs)
Tints orgànics (fluoresceïna, rodamina, n-aminocoumarines i els seus derivats)
Elements de terres rares (Lantànids)
semiconductor
punts quàntics
Nanotubs de carboni d'una sola paret
Bateria solar
Pigment, Galvanoplàstia
Fòsfor
Més...
Altres molècules i materials com proteïnes fluorescents, semiconductors, fòsfors i elements de terres rares són mostres fluorescents d'ús comú. Els polímers que contenen hidrocarburs aromàtics conjugats o dienes sovint també tenen propietats fluorescents. Per descomptat, els científics també han estat treballant en la creació de nous materials.
