Mi az a fluoreszcencia spektroszkópia?
A fluoreszcencia spektroszkópia a molekulák fluoreszcenciáját elemzi fluoreszkáló tulajdonságaik alapján.
A fluoreszcencia az a lumineszcencia, amely akkor következik be, amikor egy molekulát egy foton elektronikusan gerjesztett állapotba izgat, hogy visszatérjen a talajállapotba.
A fluoreszcencia spektroszkópia fénysugarat használ, hogy elektronokat gerjesztsen bizonyos összetett molekulákban, és fényt bocsásson ki. A fény áthalad egy monokromatoron, és belép egy detektorba, ahol észlelik, amelyet molekulák vagy molekulák változásainak mérésére és azonosítására használnak.
Bevezetés a fluoreszcencia állandósult állapotú spektroszkópiába és az élettartam-tesztelésbe
A fluoreszcencia nagyjából a lumineszcencia jelenségére, a molekulák által kibocsátott fényre utal. Többféle ragyogás létezik.
A fotolumineszcencia a fényenergia vagy a fotonok által gerjesztett fotonok kibocsátása.
A kemilumineszcencia, amelyet a kémiai energia által gerjesztett fotonok lumineszcenciájaként határoznak meg, magában foglalja a biolumineszcenciát, amint azt a szentjánosbogarak és sok tengeri élet is mutatja.
Az elektrolumineszcencia a fotonok kibocsátása, amikor az elektromos energia vagy az erős elektromos mező stimulálja a fotonokat, például egyes világítási alkalmazásokban.
Pontosabban, a fluoreszcencia egyfajta fotolumineszcencia, ahol a fény az elektronokat izgatott állapotba hozza. Az izgatott állapot rezgéssel gyorsan elveszíti a hőenergiát a környezetbe, majd fotonokat bocsát ki a legalacsonyabb gerjesztett állapotból. Ez a fotonkibocsátási folyamat más nem-adiatív folyamatokkal versenyez, beleértve az energiaátvitelt és a hőveszteséget.
A "fluoreszcencia" kifejezés használatakor általában ugyanaz a mérési módszer vonatkozik a lumineszcencia fenti osztályainak bármelyikére.
Mi az a fluoreszcencia spektroszkópia?
Egymást tükröző fluoreszcencia gerjesztés és emissziós spektrumok. A fluoreszcencia spektroszkópia emissziót és gerjesztést használ, hogy megnézze, hogyan változik a minta.
1. ábra: A fluoreszcencia gerjesztési spektruma (kék) és az emissziós spektrum (lila) egymás tükörképei
Az állandósult állapotú fluoreszcencia spektroszkópia az, amikor egy molekula fluoreszkál, amikor állandó fényforrás gerjeszti, és a kibocsátott fotonokat vagy intenzitást a hullámhossz függvényében észlelik. A fluoreszcencia emissziós spektruma az, amikor a gerjesztési hullámhossz rögzítve van, az emissziós hullámhosszt beszkenneljük, és megkapjuk az intenzitás és a kibocsátási hullámhossz közötti kapcsolatot.
A fluoreszcencia gerjesztési spektruma az, amikor az emissziós hullámhossz rögzítve van, az gerjesztési monokróm hullámhossz megváltoztatásával, az intenzitás különböző hullámhosszakon történő szkennelésével. Ily módon a spektrum információt szolgáltat a mintáról és az abszorpciós hullámhosszakról, hogy kiválassza az optimális egykibocsátási hullámhosszat a kibocsátás kimutatására. Hasonló az abszorpciós spektroszkópiához, de érzékenyebb technika a kimutatási határértékek és a molekuláris specificitás szempontjából. Az gerjesztési spektrumok egyetlen kibocsátási hullámhosszra/fajra jellemzőek, a mérőoldatban vagy mintában lévő összes elnyelő faj abszorpciós spektrumához viszonyítva. Egy adott fluorofór emissziós és gerjesztési spektrumai egymás tükörképei. Az emissziós spektrumok általában magasabb hullámhosszon (alacsonyabb energiákon) jelennek meg, mint az gerjesztés vagy az abszorpciós spektrumok.
Ezt a két spektrális típust (emisszió és gerjesztés) használják a minta változásának megfigyelésére. A spektrális intenzitás és a csúcs hullámhossza változókkal, például hőmérséklettel, koncentrációval vagy a környező molekulákkal való kölcsönhatásokkal változhat. Ez magában foglalja az energiaátvitelben részt vevő molekulák és molekulák vagy anyagok kioltását. Egyes fluorofórok érzékenyek az oldószeres környezet tulajdonságaira, például a pH-ra, a polaritásra és bizonyos ionos koncentrációkra.
Milyen molekulák vagy anyagok mutatnak fluoreszcenciát?
Néhány gyakori fluorofór fluoreszcencia emissziós spektruma. A fluorofórok központi szerepet játszanak a fluoreszcencia spektroszkópiában, és ezt a fajta spektroszkópiát rendkívül érzékeny technikává teszik.
2. ábra: Néhány gyakori fluorofór fluoreszcencia emissziós spektruma az UV és a látható spektrumon
A fluoreszkáló molekulák és anyagok minden formában és méretben kaphatók. Némelyik eredendően fluoreszkáló, mint például a klorofill és a triptofán (Trp), a fenilalanin (Phe) és a tirozin (Tyr) aminosav-maradékok. Mások stabil szerves színezékekként vagy címkékként szintetizált molekulák, amelyek más nem fluoreszkáló rendszerekhez adhatók hozzá. Általában a szerves fluoreszkáló molekulák szerkezeti jellemzőkkel rendelkeznek, mint például aromás gyűrűk és π konjugált elektronok. Méretüktől és szerkezetüktől függően a szerves színezékek az ultraibolya és a közeli infravörös hullámhosszon bocsátanak ki fényt.
Az alábbiakban felsorolunk néhány véletlenszerű közös fluorofórt, amelyek kibocsátása az UV-Vis tartományban látható. Egyes ritkaföldfémek, például a lantanidok esetében a magasabb elektronpályák feltöltése miatt a fém ligandumok töltésátvitele miatti elektronikus átmenetek 4f-5d vagy akár 4f-4f orbitálisok között fordulnak elő. (Bunzli, 1989) Sok molekula bocsát ki fényt a természetben, mint például néhány aminosav, klorofill és természetes pigment. Megint másokat gondosan terveztek a fluoreszcencia spektroszkópiában való speciális felhasználásra
Példák fluoreszkáló molekulákra és anyagokra:
Aminosavak (Trp, Phe, Tyr)
Alappáros származékok (2-AP, 3-MI, 6-MI, 6-MAP, pirrol-c, tC)
klorofill
Fluoreszkáló fehérjék (FP-k)
Szerves színezékek (fluoreszcein, rodamin, n-aminokomarinok és származékaik)
Ritkaföldfémek (Lantanidok)
félvezető
kvantumpontok
egyfalú szén nanocsövek
Napelemes akkumulátor
Pigment, galvanizálás
Foszfor
Több...
Más molekulákat és anyagokat, például fluoreszkáló fehérjéket, félvezetőket, foszforokat és ritkaföldfémeket gyakran használnak fluoreszkáló minták. A konjugált aromás szénhidrogéneket vagy dieneket tartalmazó polimerek gyakran fluoreszkáló tulajdonságokkal is rendelkeznek. Természetesen a tudósok új anyagok létrehozásán is dolgoznak.
