Fluorescence

La fluorescence est un that< de la luminescence ! --" ; which" ; est quelque quel incorrect, parce que une distinction doit être fait dans les divers types de luminescence--> est la plupart du temps trouvé comme phénomène optique dans les corps froids, dans lesquels l'absorption moléculaire d'un photon déclenche l'émission d'un autre photon avec une plus longue longueur d'onde . La différence d'énergie entre les photons absorbés et émis finit vers le haut comme les vibrations moléculaires ou la chaleur . Habituellement le photon absorbé est dans la gamme ultra-violette du , et la lumière émise est dans la gamme évidente, mais ceci dépend de la courbe d'absorbance et le charge le décalage du particulier Fluorophore. La fluorescence est baptisée du nom de la fluorine minérale du , composée de fluorure de calcium de , qui montre souvent ce phénomène.

Équations

Photochimie

La fluorescence se produit quand un point de molécule ou de Quantum de détend à son état fondamental après avoir été électroniquement excité.

Excitation : $S_0 + h \ NU \ à S_1$

Fluorescence (émission) : $S_1 \ à S_0 + h \ nu$ , ici le $h \ nu$ est une limite générique pour l'énergie de photon où : h = constant de Planck de et $\ nu$ = fréquence de lumière. (Les fréquences spécifiques de la lumière passionnante et émise dépendent du système particulier.)

L'état S₀ s'appelle l'état fondamental du Fluorophore (molécule fluorescente) et S₁ est son premier (électroniquement) état excited.

Une molécule dans son état excited, S₁, peut détendre par de diverses voies de concurrence. Elle peut subir « la relaxation non-radiative » dans ce que l'énergie d'excitation est absorbée comme chaleur (vibrations) au dissolvant. Les molécules organiques Excited peuvent également détendre par l'intermédiaire de la conversion en état de triplet qui peut plus tard détendre par l'intermédiaire de la phosphorescence ou par une étape non-radiative secondaire de relaxation.

La relaxation d'un état de S₁ peut également se produire par l'interaction avec une deuxième molécule par la fluorescence de éteignant . L'oxygène moléculaire (O₂) de est un extincteur extrêmement efficace de la fluorescence en raison de son état fondamental de triplet peu commun.

Les molécules qui sont excited par l'absorption de la lumière ou par l'intermédiaire d'un processus différent (par exemple comme produit d'une réaction) peuvent transférer l'énergie à une deuxième molécule « sensibilisée », qui est convertie en son état excited et peut alors briller par fluorescence. Ce processus est employé dans les bâtons lumineux

Rendement de Quantum

Le rendement de Quantum de de fluorescence donne l'efficacité du processus de fluorescence. Il est défini comme le rapport du nombre de photons émis au nombre de photons a absorbé.

de  \ = de phi \ frac {\ rm \ # \ photons \ émis} {\ rm \ # \ photons \ absorbés}

Le rendement de quantum maximum de fluorescence est 1.0 (100%) ; chaque photon a absorbé des résultats dans un photon émis. Des composés avec des rendements de quantum de 0.10 sont encore considérés tout à fait fluorescents. Une autre manière de définir le rendement de quantum de fluorescence, est par l'affaiblissement d'état excited de taux : $de \ frac {_ {k} {f}} {\ _ de sum_ {I} {k} {I}}$

là où le _ du ${k} {f}$ est le taux de l'émission spontanée du rayonnement et $de \ _ du sum_ {I} {k} {I}$

est la somme de tous les taux d'affaiblissement d'état excited. D'autres taux d'affaiblissement d'état excited sont provoqués par des mécanismes autres que l'émission de photon et donc s'appellent souvent le " ; rates" non-radiative ; , qui peut inclure : extinction collisionnelle dynamique, interaction de dipöle-dipöle de proche-champ (ou transfert d'énergie de résonance ), conversion interne et croisement intersystème . Ainsi, si le taux de n'importe quelle voie change, ceci affectera la vie d'état excited et le rendement de quantum de fluorescence.

Le rendement de quantum de fluorescence sont mesurés par comparaison à une norme avec le quantology connu ; le sel de la quinine , sulfate de quinine, dans une solution acide sulfurique est une norme commune de fluorescence.

Vie

La vie de fluorescence se rapporte au temps moyen que la molécule reste dans son état excited avant d'émettre un photon. La fluorescence suit typiquement la cinétique de premier ordre : le

de  \ a laissé 1 \ droit = \ est parti \ right_0 de l'e^ 1 {- \ gamma t},

là où le $\ est parti de 1 \ right$ a lieu la concentration des molécules d'état excited au temps $t$ , le $\ est parti de 1 \ right_0$ est la concentration initiale et le $\ Gamma$ est le taux d'affaiblissement ou l'inverse de la vie de fluorescence. C'est un exemple de l'affaiblissement exponentiel . Les divers processus radiatifs et non-radiative peuvent de-populate l'état excted. Dans un tel cas tout le taux d'affaiblissement est la somme au-dessus de tous les taux : $de \ Gamma_ {doigt} = \ + de Gamma_ {rad} \ Gamma_ {nrad}$

là où le $\ Gamma_ {doigt}$ est le tous les taux d'affaiblissement, $\ Gamma_ {rad}$ le taux d'affaiblissement radiatif et $\ Gamma_ {nrad}$ le taux d'affaiblissement non-radiative. Il est semblable à une réaction chimique de premier ordre dans laquelle la constante de premier ordre de taux est la somme de tous les taux (un modèle cinétique parallèle). Si la vitesse de l'émission spontanée, ou les l'uns des d'autres taux sont rapides, la vie est courte. Pendant des temps d'affaiblissement typiques d'état excited de composés fluorescents utilisés généralement pour les composés fluorescents qui émettent des photons avec des énergies du UV au près de infrarouge être dans la marge de 0.5 à 20 nanosecondes . La vie de fluorescence est un paramètre important pour des applications pratiques de la fluorescence telles que le transfert d'énergie de résonance de fluorescence .

Règles

Il y a plusieurs règles qui traitent la fluorescence. Le Kasha - la règle de Vavilov dicte que le rendement de quantum de luminescence est indépendant de la longueur d'onde du rayonnement passionnant.

Ce n'est pas toujours vrai et est violé sévèrement en beaucoup de molécules simples. Un rapport légèrement plus fiable, bien que toujours à des exceptions, serait que le spectre de fluorescence montre la dépendance très petite à l'égard la longueur d'onde du rayonnement passionnant.

Le diagramme de Jablonski de décrit la majeure partie du mécanisme de relaxation pour des molécules d'état excited.

Applications

Il y a beaucoup de composés normaux et de synthétique qui montrent la fluorescence, et elles ont un certain nombre d'applications. Quelques animaux hauturiers, tels que le Greeneye , emploient la fluorescence.

Éclairage

Le tube fluorescent commun se fonde sur la fluorescence. À l'intérieur du tube en verre est un vide partiel et un un peu de mercure . Une décharge électrique dans le tube fait émettre les atomes de mercure la lumière. La lumière émise est dans la gamme (UV) ultra-violette du , est invisible, et est nocive à la plupart des matière organique. Le tube est garni d'un enduit d'un matériel fluorescent, appelé le phosphore de , qui absorbe l'ultraviolet et re-émet la lumière visible. L'éclairage fluorescent est très de rendement optimum comparé à la technologie incandescente du , mais les spectres produits peuvent faire sembler certaines couleurs artificielles.

Au milieu des années 90, les diodes électroluminescentes (LED) de blanc sont devenues disponibles, qui fonctionnent par un processus semblable. Typiquement, le semi-conducteur luminescent réel produit la lumière dans la partie bleue du spectre, qui frappe un composé de phosphore déposé sur le morceau ; le phosphore brille par fluorescence du vert à la partie rouge du spectre. La combinaison de la lumière bleue qui passe par le phosphore et la lumière émis par le produit de phosphore une émission nette de la lumière blanche.

On dit que le réverbère moderne de la vapeur de Mercury est évolué de la lampe fluorescente.

Les bâtons de lueur de oxydent l'ester phénylique d'oxalate de afin de produire la lumière.

L'éclairage fluorescent compact (CFL) de est identique que n'importe quelle lampe fluorescente typique avec des avantages. Il individu-est lesté et employé pour remplacer des incandescents dans la plupart des applications. Elles produisent un quart de la chaleur par lumen comme ampoules et bout incandescents du environ cinq fois aussi longues. Ces ampoules contiennent le mercure et doivent être manipulées et disposées avec soin.

Chemie analytique

La fluorescence dans plusieurs longueurs d'onde peut être détectée par un détecteur de rangée de , pour détecter des composés de la CHROMATOGRAPHIE LIQUIDE SOUS HAUTE PRESSION coulent. En outre, des plats de la chromatographie sur couche mince peuvent être visualisés si les composés ou un réactif de coloration est fluorescent. La fluorescence est la plus efficace quand il y a un plus grand rapport des atomes aux niveaux plus bas dans une distribution de Boltzman parce qu'alors il y a plus d'une chance que ces atomes seront excités alors libèrent un photon et peuvent être analysés.

Les empreintes digitales peuvent être visualisées avec les composés fluorescents tels que la ninhydrine .

Biochimie et médecine

Des molécules biologiques peuvent être étiquetées avec un groupe chimique fluorescent ( Fluorophore) par une réaction chimique simple, et la fluorescence de l'étiquette permet la détection sensible et quantitative de la molécule. Exemples :
La microscopie de fluorescence des tissus, des cellules ou des structures sous-cellulaires est accomplie en marquant un anticorps avec un fluorophore et en permettant à l'anticorps de trouver son antigène de cible dans l'échantillon. L'étiquetage des anticorps multiples avec différents fluorophores permet la visualisation des cibles multiples dans une image simple.
Ordonnancement automatisé d'ADN par la méthode d'arrêt de chaîne de ; chacune de la chaîne quatre différente terminant des bases a sa propre étiquette fluorescente spécifique. Pendant que les molécules marquées d'ADN sont séparées, l'étiquette fluorescente est excitée par une source UV, et l'identité de la base terminant la molécule est identifiée par la longueur d'onde de la lumière émise.
Détection d'ADN : le bromure d'éthidium composé , si libre pour changer sa conformation en solution, a la fluorescence très petite. La fluorescence du bromure d'éthidium est considérablement augmentée quand elle lie à l'ADN, ainsi ce composé est très utile en visualisant l'endroit des fragments d'ADN dans l'électrophorèse de gel d'agarose de . Le bromure d'éthidium peut être toxique - une alternative plus sûre est le SYBR vert de colorant.
Le microarray d'ADN de
Immunologie : Un anticorps a un groupe chimique fluorescent joint, et les emplacements (par exemple, sur un spécimen microscopique) où l'anticorps a lié peuvent être vus, et être même mesurés, par la fluorescence.
FACS (cellule Fluorescent-activée par assortissant )
La fluorescence a été employée pour étudier la structure et les conformations de l'ADN et des protéines avec des techniques telles que le transfert d'énergie de résonance de fluorescence , que les mesures distancent au niveau d'angström. C'est particulièrement important dans les complexes des biomolécules multiples.
Le Aequorin , du Aequorea Victoria méduses, produit une lueur bleue en présence des ions de Ca²⁺ (par une réaction chimique). Il a été employé à l'écoulement de calcium d'image en cellules en temps réel. Le succès avec l'enquête postérieure stimulée par aequorin du A. Victoria et mené à la découverte de la protéine fluorescente (GFP) de vert de , qui est devenue un outil extrêmement important de recherches. GFP et protéines relatives sont employés comme des journalistes pour tout nombre d'événements biologiques comprenant des choses telles que la localisation sous-cellulaire. Des niveaux de l'expression de gène sont parfois mesurés en liant un gène pour la production de GFP à un autre gène.

En outre, beaucoup de molécules biologiques ont une fluorescence intrinsèque qui peut parfois être employée sans nécessité d'attacher une étiquette chimique. Parfois cette fluorescence intrinsèque change quand la molécule est dans un environnement spécifique, ainsi la distribution ou l'attache de la molécule peut être mesurée. La bilirubine , par exemple, est fortement fluorescente si attachée à un emplacement spécifique sur l'albumine sérique. Zinguer la protoporphyrine, formée en développant les globules rouges au lieu de l'hémoglobine quand le fer est indisponible ou le fil est présent, a une fluorescence lumineuse et peut être employé pour détecter ces problèmes.

À partir de 2006, le nombre d'applications de fluorescence se développe en sciences biologiques et relatives biomédicales. Les méthodes d'analyse dans ces domaines se développent également, quoiqu'avec la nomenclature de plus en plus malheureuse sous forme d'acronymes comme : Le FLIM , FLI, la CHIQUENAUDE , CALI, FLIE, la FRETTE , de de FRAP , FCS , PFRAP, smFRET, FIONA, FRIPS, SHREK, la CREVETTE, TIRF de . La plupart de ces techniques se fondent sur des microscopes de fluorescence. Ces microscopes emploient les sources lumineuses de forte intensité, habituellement les lampes de mercure ou xénon, LED, ou les lasers, pour exciter la fluorescence dans les échantillons sous l'observation. Des filtres optiques séparent alors la lumière d'excitation de la fluorescence émise, pour être détectés par l'oeil, ou avec l'appareil-photo d'a (CCD) ou d'autres détecteurs légers (tubes photomultiplicateurs, spectrographes, etc. Beaucoup de recherche est en cours pour améliorer les possibilités de tels microscopes, les sondes fluorescentes utilisées, et les applications qu'elles sont appliquées à. De note particulière sont les microscopes confocal, qui emploient un trou d'épingle pour réaliser le sectionnement optique - ayant les moyens un quantitatif, la vue 3D de l'échantillon.

Gemology, minéralogie, géologie et médecines légales

Les fibres des minerais des pierres gemmes et beaucoup d'autres matériaux qui peuvent être produits dans les médecines légales ou avec un rapport avec le divers Collectibles peuvent avoir une fluorescence distinctive ou peuvent briller par fluorescence différemment sous l'ultraviolet d'onde courte, l'ultraviolet grandes ondes, ou les rayons X

Beaucoup de types de la calcite et d'ambre brilleront par fluorescence sous l'onde courte UV. Les rubis , les émeraudes et le diamant d'espoir de montrent la fluorescence rouge sous la lumière UV d'onde courte ; les diamants émettent également la lumière sous le rayonnement du rayon du X.

Le pétrole brut (pétrole ) brille par fluorescence dans une gamme de couleurs, de brun mat pour les huiles lourdes et des goudrons à travers au blanc jaunâtre et bleuâtre lumineux pour les pétroles et les condensats très légers. Ce phénomène est employé dans le perçage de la recherche de pétrole pour identifier un peu d'huile très dans l'échantillon de découpages et de noyau de foret.

Liquides organiques

Les liquides organiques tels que des mélanges de l'anthracène en benzène ou toluène , ou le stilbène dans les mêmes dissolvants brillent par fluorescence avec le l'irradiation ultra-violette du rayon gamma de ou de . Les temps d'affaiblissement de cette fluorescence est de l'ordre des nanosecondes puisque la durée de la lumière dépend de la vie des états excited du matériel fluorescent, dans ce cas-ci anthracène ou stilbène.

Voir également

atomique utilisation d'Absorption-re-émission des filtres secteur le phénomène de la fluorescence de filtrer la lumière extrêmement effectivement.
Lumière noire
Peinture de Blacklight de
Spectroscopie de corrélation de fluorescence de
Fluorescence de aux usines : normal et modifié
Spectroscopie de fluorescence de
Carte multicouche fluorescente
Disque multicouche fluorescent
Lampe fluorescente
Fluoromètre
habillement de Haut-visibilité de
Fluorescence induite par laser
Liste de des sources lumineuses
Phosphorescence
Fluorescence de rayon X de

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