Spettrometria di luminescenza molecolare

SPETTROMETRIA DI LUMINESCENZA MOLECOLARE

Si parla di fotoluminescenza quando l’eccitazione è provocata dall’assorbimento dei fotoni. La fluorescenza si differisce dalla fosforescenza poiché le transizioni di energia elettronica responsabili della fluorescenza non comportano un appaiamento degli spin elettronico. Nella emissioni di fosforescenza si ha un appaiamento degli spin degli elettroni e ciò porta al persistere della radiazione da radiazioni emessa per fotoluminescenza per linee λ > di quelle usata per l’eccitazione.

La chemiluminescenza si basa sullo spettro di emissione di una specie eccitata che si forma durante una reazione chimico. In alcuni casi le posticelle sono il prodotto della reazione tra l’analitye ed un reagente [_{? ?} ossidante come argato o H₂O₂]. Si ottiene uno spettro derivato di ossidazione dell’analito o del reagenti piuttosto che dell’analite stesso.

VANTAGGI

I metodi di luminescenza hanno un’elevata sensibilità ( alta). Con la SPETTROSCOPIA DI LUMINESCENZA è possibile rivelare e stimola luminescenza metto vantaggi dei metodi di (estesa) sensibilità e la diluizione della risposta in un esteso intervallo di concentrazioni.

Svantaggi:

I metodi di fluorescenza hanno un'applicabilità più ristretta per uso quantitativo rispetto ai metodi di assorbimento, perché le specie che assorbono le radiazioni UV e vis sono di numero più quelle che, in esso, fortunatamente in queste righe dello spettro.

Teoria della fluorescenza e della fosforescenza

Quando la radiazione assorbita viene riemessa senza variazione di frequenza, si parla di radiazione di risonanza o fluorescenza di risonanza.

Spesso le bande di fluorescenza (o fosforescenza) molecolare sono associate ai sovrapporre di tipo di risonanza. Lo spostamento è meglio è detto spostamento di Stokes.

Spin elettronico

Il Principio di esclusione di Pauli stabilisce che nessuna coppia di elettroni in un atomo può avere lo stesso gruppo di 4 numeri quantici. Quindi non più di 2 elettroni possono trovarsi in un orbitale e quindi devono avere spin opposti. In tal caso si dice che gli spin sono accoppiati. A causa dell'accoppiamento degli spin, le molecole porte delle molecolare e delle diamagnetica cioè in non e ne risposte ne attende da un campo magnetico stazionario. I radicali liberi, invece, hanno un elettrone.

CONVERSIONE INTERNA

La conversione interna include i processi attraverso i quali uno stato nucleare o uno stato elettronico ad energia più bassa senza emissione di radiazioni. La conversione interna è la transizione tra due stati aventi la stessa molteplicità. È efficiente quando due livelli energetici elettronici sono sufficientemente vicini da dare una sovrapposizione dei livelli energetici vibrazionali. Se c’è sovrapposizione le energie potenziali dei due stati elettronici sono identiche e questa uguaglianza permette una transizione da S₁ a S₀. La conversione interna può anche avvenire tra lo stato S₁ e lo stato elettronico fondamentale S₀. L’eccitazione dovuta alle radiazioni λ₁ produce fluorescenze di lunghezza d’onda λ₃. Le molecole eccitate passa dallo stato elettronico superiore allo stato vibrazionale più basso dello stato elettronico inferiore mediante una successiva di rilassamenti vibrazionali seguita da una conversione interna e poi da altri rilassamenti. In queste condizioni la fluorescenza si verifica solo a λ₃.

Fluorescenza e struttura

La fluorescenza più intensa è presentata da composti contenenti gruppi funzionali aromatici. La dei livelli di basso energia per le transizioni π - π^*. Anche i composti contenenti doppi legami ad elevata coniugazione possono presentare fluorescenza. Gli idrocarburi aromatici non sostituiti lo fluorescenza. Per i composti eterociclici azoto, la transizione elettronica ad energie più basso reguarda un sistema n - π^* che passa allo stato di tripletto, impedendo così le fluorescenza.

Sostituzione con alogeni: la diminuzione della fluorescenza con l'aumento del numero atomico dell'alogeno è dovuta all'effetto dell'atomo pesante che aumenta la probabilità di una conversione intersistema allo stato di tripletto.

La presenza di un gruppo carbossilico o carbonile su un anello aromatico inibisce la fluorescenza poiché l'energia delle transizioni n - π^* e rumore di quelle delle transizioni π - π^* la fluorescenza è favorite nelle molecole che hanno una struttura rigida. Le ricecarico di rigide più una molecole esame nu aumento.

K_q = costante di quenching di Stern-Volmer

k_q = K_q + K_t + K_ec

Il grafico di F₀ in funzione di [Q] dovrebbe essere una retta con pendenza K_q e intercetta 1.

La costante di Stern-Volmer può essere ottenuta dal rapporto tra l'intercetta e la pendenza.

Il quenching dinamico riduce sia le resa quantistica che la vita media di fluorescenza.

Poiché l'emissione di fluorescenza F è direttamente proporzionale all'efficienza quantica Φ, l'eq. di Stern-Volmer può essere scritta anche in termini di quantità:

F₀ / F = 1 + K_q[Q]

F₀, F = segnali di fluorescenza in assenza ed in presenza dell'agente di quenching.

La costante di Stern-Volmer è la pendenza del grafico di F₀ in funzione di [Q] che ha come intercetta 1.

La presenza di ossigeno in soluzione riduce l'intensità della fluorescenza. Prima di effettuare la misura di fluorescenza, in altri, le soluzioni vengono deossigenate.

SPETTROFLUORIMETRI

I più diffusi sono gli spettrofluorimetri con i monocromatori e reticolo.

La radiazione proveniente dal primo monocromatore si dimse in due parti: una passa il fotomoltiplicatore per misurare l'intensità campione.

La radiazione fluorescente prodotta viene disperse dal secondo monocromatore e rivelato dal secondo fotomoltiplicatore.

SPETTROFLUORIMETRI BASATI SU RIVELATORI A SERIE

Questi strumenti permettono di ottenere spettri di luminescenza totale. Tale spettro è causato in un grafico tridimensionale dello spettro di luminescenza per ciascuna λ di eccitazione.

FOSFORIMETRI

Presentano un dispositivo che irradia in modo alternato il campione e misura l'intensità della fosforescenza. Per eccitare il campione si usa una lampada ad arco di xeno pulsata. Dopo un determinato ritardo si attiva il sistema di acquisizione dati per ottenere il segnale di fosforescenza.

Risulta necessario un etto campione poiché le misure di fosforescenza sono condotte alle T dell'N₂ liquido per ridurre la dissoluzione collisionale dello stato di tripletto di vita media lunga. Un fosforimetro presenta quindi un VASO DI DEWAR, dotato di finestre di quarzo.