2014 luminiscencia

FOTOLUMINISCENCIA MOLECULAR

Los procesos luminiscentes se han observado en lanaturaleza desde tiempos ancestrales. Por ejemplo, elbrillo luminiscente en el ocano en la noche y bajociertas condiciones

Fotos de lagos de Gippsland (Australia) con

dinoflagelados (algas)

(Australia) con proliferacin masiva del algaNoctulinascintillans (dinoflagelado inofesivo para la salud).

Fenmenos luminiscentes tambin se aprecian en distintas variedades de

hongos, insectos y organismos marinos

Medusa Aequorea victoriaLucirnaga

Corales fluorescentes

El trmino luminiscencialo introdujo por primera vez el fsico e historiador cientfico alemn Eilhard Wiedemann(1852-1928) en el ao 1888

Luminescencia es la emisin de luz de una sustancia (no producida por calor)

(1852-1928) en el ao 1888

Incandescencia

Fotoluminiscencia: fluorescencia y fosforescencia (radiacin

Luz a partir de energa calrica. Ej: sol

Clasificacin

Luminiscencia

fosforescencia (radiacin electromagntica)Quimio(bio)luminiscencia (reaccin qumica)Electroluminiscencia (corriente elctrica)Radioluminiscencia (energa nuclear)

El fenmeno de la fluorescencia nos rodea en la vida cotidiana: sistemas de iluminacin tipo

FotoluminescenciaFluorescencia

de iluminacin tipo fluorescentes o luces de nen, agua tnica que brilla con color turquesa bajo la luz negra, tintas, pinturas y joyas fluorescentes, etc.

Los pigmentos

Luz

incandenscente

Cmo reconocemos que estamos observando fluorescencia?Fluorescencia

Fotoluminescencia

El tiempo de vida de fluorescencia es muy corto y se observar

fluorescencia durante la irradiacin con una luz adecuada

Los pigmentos

sensibles a la luz UV

absorven la luz

negra y devuelven

al sistema luz visible.

Luz

ultravioleta

Pintura

fluorescente

Fosforescencia

Las pinturas fosforescentes se usan tambin con mucha frecuencia

en joyera,

Fotoluminescencia

en joyera, juguetera,

adornos, etc.

Las molculas fosforescentes emiten luz visible que persiste an

en ausencia de la luz de excitacin.

Luz incandescente Oscuridad Oscuridad

Cmo reconocemos que estamos observando fosforescencia?

FotoluminescenciaFosforescencia

El tiempo de vida de fosforescencia es ms largo, y veremos la seal

despus que la luz se apag

La diferencia macroscpica entre los dos principalestipos de luminiscencia (fluorescencia yfosforescencia) se relaciona con los tiempos delproceso de emisinFluorescencia: tipo de luminiscencia donde la

Fotoluminescencia

Fluorescencia: tipo de luminiscencia donde lasustancia absorbe radiacin y la re-emiteprcticamente en forma instantnea. La fluorescenciacesa dentro de los 105 seg despus que la fuente deenerga se apaga.Fosforescencia: persiste por un tiempo despus quela molcula se expuso a la luz.

Relajacin no-

radiante

S1

S2

Luminescencia

Nivel

Absorbancia

S1

S2

Estados

electrnicos

excitados

Fotoluminescencia

Soregla de Kasha

singlete singlete* triplete*

Singlete: Todos los

electrones en la molcula

estn apareados

Triplete: Un par de

electrones estn

desapareados

Nivel

excitado

de

menor

energaSo

S1

Estado fundamental

excitados

ES2S1

T1

Relajacin vibracional (10-12 - 10-15 s)

Conversin interna

Cruce de sistemas

Diagrama de JablonskiDiagrama parcial de niveles de energa de una

molcula fotoluminiscente

ENERGIA

1 2 3 4S0

T1

Absorcin

(10-15 s)

Conversin

externa

P

F

(10-8 -

10-9 s)

Disociacin

A veces, los fotonesabsorbidos tienen

Diagrama de Jablonski

absorbidos tienenenerga suficiente parapromover a la molculaa un estado de altaenerga vibracional queproduce la ruptura delenlace. La molcula sedisocia y no fluoresce

Pre-disociacin

Se alcanza un nivelvibracional de muchaenerga a travs de

Diagrama de Jablonski

conversin interna. Elenlace se rompe y lamolcula disociadano fluoresce

Relajacin no radiante

Relajacin vibracionalConversin internaConversin externaCruce de sistemas

RESUMEN DE LOS PROCESOS DE RELAJACIN

Relajacin radiante

FluorescenciaFosforescencia

Cruce de sistemasDisociacinPredisociacin

Relajacin vibracionalTransferencia de exceso de E vibracional de la molcula al solvente. Se refleja en un ligero incremento de la temperatura del medio.Conversin interna


Conversin internaRelaciona 2 estados electrnicos de = multiplicidad (S2S1, T2T1, etc). Se solapan niveles vibracionales de = E pero distintos niveles electrnicos.Conversin externaChoques de molculas excitadas con molculas de solvente o vecinas.

Cruce de sistemasTransicin entre estados de distinta multiplicidad de espn.

DisociacinExcitacin directa a un estado vibracional alto,


Excitacin directa a un estado vibracional alto, produciendo la ruptura del enlace.

PredisociacinAlcance de un estado vibracional alto a travs de conversin interna.

FluorescenciaEmisin de radiacin electromagntica a partir del estado excitado singlete S1*

Relajacin radiante

FosforescenciaEmisin de radiacin electromagntica a partir del estado excitado triplete T1*

estructura concentracintipo de transicin

Factores que influyen en la seal fluorescente

solvente

temperatura

LUMINISCENCIA EN SOLUCIN

apagadores qumicos

pH

tipos de transicin pi pi pi n

Compuestos aromticos, estructuras con dobles enlaces


estructura estructuras con dobles enlaces conjugados, anillos aromticos fusionados. Rigidez. Sustituyentes

bifenilo

CH2

fluoreno

Solvente Efectos generales (ndice de refraccin, constante dielctrica) y especficos


Su aumento, disminuye la intensidad de fluorescencia por aumento de probabilidad de conversin externa

Temperatura

La fluorescencia de compuestos aromticos con propiedades cido-base es generalmente pH-dependiente

N NH H

NH H H H+

NH H

H

pH


N NN

anilina

N+

ion anilinio

Apagamiento dinmico y estticoApagadores

qumicos

BANDAS DEL ESPECTROF

EXCITACIN EMISIN

Corrimiento de Stokes

So

S1

So

S1

F RAYLEIGH

RAMAN

FRAYLEIGH

2ordenRAMAN

BANDAS DEL ESPECTRO

RAMAN RAMAN2orden

RAYLEIGHS0

S1

RAMAN

IF = IA =

ANLISIS CUANTITATIVO

= No fotones emitidos/No fotones absorbidos = IF/IA

IF = IA = = (Io IT) = = Io (1 IT/Io) = = Io (1 e-2.303bC) = Io (1 e-kbC)

ANLISIS CUANTITATIVO

IF = Io (1 e-kbC) Recordando que:

x x2 x3+- -1e-x = +

IF = Io (1 1 + kbC) = Io kbC IF = KCK

x x x1! 2! 3!

si x es muy pequeo: e-x = 1-x

+- -1e-x = +

FC

IF = KC

IF vs C (a bajas concentraciones de analito)ANLISIS CUANTITATIVO

CAnlisis cuantitativo directo: se determina la cc deuna especie a partir de la seal que ella produce.Anlisis cuantitativo indirecto: se determina la cc deuna especie a partir del apagamiento que produceen otro compuesto fluorescente (grfico de Stern-Volmer)

ESPECTROFLUORMETRO

monocromador

monocromador

Matenuador del haz

fuente

ESPECTROFLUORMETRO

fotomultiplicador de muestrafotomultiplicador

de referencia amplificador

dispositivo de lectura

OBTENCIN DE ESPECTROS DE EXCITACIN Y EMISIN

1) Obtencin del espectro de absorbancia para

F

EXCITACIN EMISIN

1) Obtencin del espectro de absorbancia para determinar la longitud de onda de absorcin

2) Fijar el monocromador de excitacin a esta y obtener el espectro de emisin

3) Fijar el monocromador de emisin a la seleccionada en el punto 2 y obtener el espectro de excitacin.

CAUSAS DE DESVO DE LINEALIDAD

Si kbC es grande (absorbancia > 0.02)

IF = Io [kbc (kbc)22(kbc)3

...-+ ]

IF = Io (1 e-kbC)

F

C

Trmino lineal

Lineal+cuadrticoLineal+cuadrtico+cbico

IF = Io [kbc 2(kbc)

6...

-+ ]

FILTRO INTERNO

Producido por el propio analito (alta cc)- Variacin de potencia de luz incidente en el trayecto

Afecta la linealidad de la curva de calibrado y el perfil de los espectros de excitacin y/o emisin

- Variacin de potencia de luz incidente en el trayecto- Autoapagamiento- Autoabsorcin

Producido por otra sustancia- Sustancia que absorbe en la regin de de excitacin o emisin del analito

Alta concentracin: la emisin disminuye en el trayecto de la luz incidente

Baja concentracin:emisin uniforme

FILTRO INTERNO

Excitacin

Deteccin de la emisin

Deteccin de la emisin

Curva de calibracin de sulfato de quinina

FF

ppm100 200 300

ppm0 2 4 6 8 10

Linealidad

Trmino cbico o mayor

Filtro interno

2014 luminiscencia

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