chemia koloru cz.5
DESCRIPTION
Chemia koloru cz.5. Fluorescencja Prof. Daniel T. Gryko. Plan wykładu. Podstawy zjawiska fluorescencji Zale ż no ść fluorescencji od struktury Zastosowania fluorescencji. Podstawy zjawiska. Luminescencja Emisja fotonów (w zakresie ultrafioletu, widzialnym - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Chemia koloru cz.5
FluorescencjaProf. Daniel T. Gryko
Plan wykładu
• Podstawy zjawiska fluorescencji
• Zależność fluorescencji od struktury
• Zastosowania fluorescencji
Podstawy zjawiska
LuminescencjaEmisja fotonów (w zakresie ultrafioletu, widzialnym
i podczerwonym) z elektronowych stanów wzbudzonych.
FotoluminescencjaPod wpływem światła
ElektroluminescencjaPod wpływem prądu elektrycznego
ChemiluminescencjaPod wpływem reakcji chem.
Podstawy zjawiska
FotoLuminescencja
Fluorescencja opóźniona•Termiczna (T1 → S1, mała różnica energii, czas życia T1 długi)
•Zderzenia T1 + T1 energia na powrót do S1
FluorescencjaZe stanów singletowych
FosforescencjaZe stanów trypletowych
Diagram Jabłońskiego
Co się może stać?
Cząsteczkawzbudzona
fluorescencja Zmianykonformacyjne
ISC
IC
Transferelektronu
hv
Przekształceniafotochemiczne
Ekscymery iekscypleksy
Transferenergii
fosforescencja Fluorescencjaopóźniona
Czasy procesów fotofizycznych
Absorpcja 10-15 s
Relaksacja oscylacyjna 10-12 - 10-10 s
Czas życia stanu S1 10-10 - 10-17 s
Przejście międzysystemowe 10-10 - 10-8 s
Wewnętrzna konwersja 10-11 - 10-9 s
Czas życia stanu T1 10-6 - 1 s
Jak powstaje widmo fluorescencyjne?
Dlaczego jest przesunięte batochromowo?
Pasma 0-0 i reguła Kashy
Reguła KashyObserwowana luminescencja niemal wyłącznie pochodzi
z najniższego stanu wzbudzonego o danej multipletowości.
Stan S1
z geometrią S0
Stan S0
z geometrią S0
Stan S1
z geometrią S1
Stan S0
z geometrią S1
Podstawowe pojęcia
WidmoMaksimum emisji λem
Szerokość sygnałówIlość sygnałów
Wydajność kwantowaΦ = fotony wyemitowane/fotony zaabsorbowane
Czas życia fluorescencjiOpóźnienie pomiędzy absorpcją a emisją
Przesunięcie StokesaRóżnica energii pomiędzy sygnałem absorpcji o
najniższej energii a sygnałem emisji o najwyższej energii (wyrażona w częstościach)
495 nm 520 nm
Stokes Shift is 25 nmFluoresceina
Inte
nsy
wno
ść f
luor
esce
ncj
i
Dlugość fali
fa vvv
Preferowane właściwości związków fluorescencyjnych
• Duża molowa absorbancja w rejonie wzbudzenia
• Wysoka wydajność kwantowa
• Fotostabilność
• Długi czas życia w stanie wzbudzonym
• Duże przesunięcie Stokesa
Struktura a fluorescencja
Efekt ciężkiego atomu
Zwiazki karbonylowe
SO3H
NH2, OH etc.
Zmiana przejścia o najniższejenergii z π →π* na n→π* powoduje zmianępreferowanego procesu na ISC.
Struktura a fluorescencja
n→π* ma nizszą energię niżπ →π* ale gdy są wiązania wodorowe
może to ulec odwróceniu.Tak więc Φ wzrasta
ze wzrostem H-donorowościrozpuszczalnika.
N
NH
Struktura a fluorescencja
Usztywnienie cząsteczki zmniejsza możliwościprzejść bezpromienistych a tym samym prowadzi do wyższej
wydajności kwantowej fluorescencji.
OEt2N NEt2
COOH
O
COOH
N N
Φ = 0.54 Φ = 0.91
Inwersja energii – polarność rozpuszczalnika
O ORO
CHO
• Zmiana momentu dipolowego (duża dla układów Donor-Akceptor)
• Lokalny stan wzbudzony (LE) nie jest w równowadze z cząsteczkami polarnego rozpuszczalnika
• Wewnątrzcząsteczkowy stan z przeniesieniem ładunku (Intramolecular charge transfer state -ICT)
• Jeżeli zachodzi obrót części cząsteczki to TICT
Fotoindukowane wewnątrzcząsteczkowe przeniesienie
ładunku
Fotoindukowane wewnątrzcząsteczkowe przeniesienie
ładunkuCN
NMe2
Zastosowania
• Sensory
• Wizualizacja związków biologicznie czynnych w komórkach
• Mikroskopia fluorescencyjna
• Polarność rozpuszczalnika
• Pomiary gęstości cieczy
InformacjeDziedzina Informacje
Polimery Dynamika, rozdział faz, dyfuzja
Roztwory surfaktantów
Krytyczne stęż. micelli, przemiany fazowe, surfactant aggregation numbers
Membrany biologiczne
Oddział. białko-lipidy, potencjał m., lokalizacja białek, efekty dodatków
Białka Denaturacja, dynamika, przemiany konformacyjne
Kwasy nukleinowe Dynamika, str. helikalna, deformacje (też fotofizyczne), dostępność
Żyjące komórki Wizualizacja membran, DNA, RNA, aktywność enzymów, H+, Na+, K+, oddział komórka-wirus, endocytoza
Fluoroimmunochemia Fluoroinmmunoessays
Podziałsensorów
Co badamy?
Sensory
Kationy
pH Aniony
Cząst. obojętne
Sensory pH
• Chemia i biochemia analityczna
• Biologia komórki
• Medycyna
• Rozkład pH w komórce (mikroskopia fluorescencyjna)
Typy sensorów pH
Fotoindukowany transfer H+
Fotoindukowany transfer H+
Fotoindukowany transfer H+
Transfer elektronu Transfer elektronu Transfer elektronu
Hydroksykumaryny, piranina
Fluoresceina, benzoksazyny
FL-CH2-NR2
Widmo fl. nie zmienia się. Widmo wzbudzenia
zmienia się.
Gdy pH rośnie, fluorescencja HX maleje a fl. X- rośnie.
Po sprotonowaniu intensywność fluorescencji rośnie.
Struktury sensorów pH
O OHO
OHNaO3S
NaO3S SO3Na
OO
COOH
OH
OO
COOH
OH
N
OH
OH
Umbeliferon Fluoresceina
Piranina SNAFL-1
Typ A Typ B Typ C
Zmiany emisji fluoresceiny
Sensory pH oparte na eT (typ C)
Sensory kationów
• Chemia, biologia, biochemia kliniczna, zanieczyszczenia środowiska
• Selektywność!!!
• Różne kompleksy, różne stechiometrie
Fotoindukowanytransfer elektronu
Fotoindukowanerozdzielenie ładunku
Sensory kationów – fotoindukowany eT
OO
O
ONO
Fotoindukowanytransfer elektronu
O O
N
O
N
O
Tworzenie ekscymerów
transferenergii
Dodatkowytransfer energiiN
CO2Me
NN
CO2Me
OO
OO
N
O
Eu3+
OO
O
O NO
eT
Excimers and exciplex
Excited dimer – tworzą się gdy przez zderzeniecząsteczki wzbudzonej z cząsteczką niewzbudzoną1M* + 1M 1(MM)*
Excited complex - tworzą się gdy przez zderzeniecząsteczki wzbudzonej z inną cząsteczką niewzbudzoną1D* + 1A 1(DA)*
NEt2
Kationy – fotoindukowany rozdział ładunku
O
CNNC
OO
N
OO
N O O
O OO
N
OO