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Propriet della fluorescenza

Tempo di vita dello stato eccitato

kr= costante di decadimento radiativo

kn.r.= costante di decadimento attraverso i processi non radiativi

Tempo di vita dello stato eccitato

tkktkk

nrr

t

nrr

nrrnrr

nrrnrr ee

tkkdtkkd

dtkkd

kkdt

d

)(

011

)(

01

1

01

1

0

]N[

]N[ 1

1

1

11

1

]N[]N[]N[

]N[

)(]N[

]N[ln)(

]N[

]N[

)(]N[

]N[]N)[(

]N[

1

01

Eccitazione IMPULSATA (d di Dirac)

kr= costante di decadimento radiativo

kn.r.= costante di decadimento attraverso i processi non radiativi

[N1]= concentrazione di molecole nello stato eccitato

Tempo di vita dello stato eccitato

nrr

t

tkk

kkeNNeNN nrr

1

][][][][ 011)(

011

0

0.5

1

0 10 20 30 40 50

=10 ns

[N1]/[N

1] 0

o F

/F0

Time (ns)

0.01

0.1

1

0 10 20 30 40 50

=10 ns

[N1]/[N

1] 0

o F

/F0

Time (ns)

t

r eFFNkF

01][

min. msns PF

N.B. dipende anche da knr

Resa quantica di un processo di rilassamento

assorbiti fotoni

emessi fotoni

idecadiment totale

radiativi idecadiment

F

nrr

rF

kk

k

10 j

i

i

jj

k

k

idecadiment totale

j processo il tramiteidecadiment

Resa quantica di fluorescenza

1j

j

Sperimentalmente, per molecole organiche, si trova

11115

1915

1010

1010

sks

sks

nr

r

rk

FFF

F

F

r

F

nr

F

Fr

FrF

nrr

F

nrr

rF

kkk

kkkkk

k

1111

1

1,1-dietil-2,2-cianina Chem. Phys Lett. 1986 130: 426.

0

0.2

0.4

0.6

0 0.5 1 1.5 2

Resa

quantica

(ns)

T=84 K

T=298 K10

8

109

1010

1011

100 150 200 250 300

kr

knr

k (

s-1

)

T (K)

Competizione tra processi radiativi e non radiativi

rnr kk

1

nrr

rF

kk

k

rnr kk

0

nrr

rF

kk

k

Molecola non fluorescente Molecola molto fluorescente

N.B. ogni singola molecola decade in un modo o nellaltro

Fluorescenza vs Fosforescenza

Fluorescenza: S1 ->S0

Fosforescenza: T1->S0

kr(fluor.)>>kr (fosf.)

Tipicamente (fluor.)>>(fosf.)

Tipicamente (fluor.)ns; (fosf.)s

Solo alcune molecole sono fluorescenti: fluorofori Questa una limitazione, ma anche un vantaggio per sensibilit e selettivit

La brillanza dipende dal coefficiente di estinzione molare e dalla resa quantica

Minore probabilit di transizioni radiative Maggiore probabilit di conversione intersistema

Rigidit e resa quantica

Processi non radiativi inibiti Geometria di S0 ed S1 simile elevati fattori FC

Fluorofori naturali

Quantum yields: Phe 0.03 Tyr 0.14 Trp 0.13

Fluorescenza intrinseca di

proteine

Green Fluorescent Protein (GFP)

Proteina isolata da una medusa fluorescente (Aequorea victoria).

Sequenziata nel 1992, espressa nel 1994. Fluoresce nel verde! Il cromoforo formato da una ciclicizzazione

autocatalitica dei residui Ser65, Tyr66, Gly67.

2008 Chimica

GFP Poich la formazione del fluoroforo autocatalitica, la proteina

pu essere espressa in qualunque cellula e rimane fluorescente. In questo modo, creando delle proteine di fusione, possibile

marcare in modo selettivo qualunque proteina di interesse, in vivo.

Esistono molti mutanti con fluorescenza di diversi colori. Espressione genica, localizzazione, etc. Nota: questa proteina un cilindro di circa 2.4 x 4.2 nm

(perturbazione!)

Conseguenze del diagramma di Jablonski

Spostamento di Stokes

La luce emessa ha sempre energie minori di quella assorbita.

Stokes e la scoperta della fluorescenza (1852)

It was certainly a curious sight to see the tube instantaneously lighted up when plunged into the invisible rays: it was literally darkness visible. Altogether the phenomenon had something of an unearthly appearance. Stokes, G. G. Philos. Trans. 1852, 142, 463562.

Chinino: farmaco antimalarico estratto dalla corteccia dellalbero della china usato fin dallantichit in Per meccanismo dazione ancora non chiaro. molto amaro, veniva mischiato insieme al gin, acqua, zucchero nelle

colonie inglesi: gin & tonic, acqua tonica.

I am almost inclined to coin a word, and call the appearance fluorescence, from fluorspar, as the analogous term opalescence is derived from the

name of a mineral.

Luce bianca UV

Fluorite (CaF2, fluoruro di calcio) Il nome (da cui deriva quello del fluoro) ha due possibili origini

dal latino: fluere che significa fluire, per il suo utilizzo come fondente in metallurgia (per rimuovere le impurezze ed aumentare la fluidit del metallo fuso);

dai minatori del Medioevo che la chiamavano fiore minerale per la sua bellezza. La luminescenza deriva dalla presenza di impurezze di terre rare.

Perch fluorescenza? Che centra il fluoro?

E fosforescenza?

Deriva dal greco (luce) e (portare)

Sin dallantichit, i materiali che, dopo essere stati illuminati, continuavano ad emettere luce, venivano chiamati fosfori.

Nel 1677 venne isolato lelemento fosforo (dallurina), a cui venne dato questo stesso nome perch, quando esposto allaria, brucia spontaneamente, rilasciando vapori luminescenti (ma si tratta di chemiluminescenza)

Regola di Kasha Lo spettro di emissione

indipendente dalla lunghezza donda di eccitazione

Spiegazione:Lemissione avviene sempre dal livello vibrazionale fondamentale di S1

Eccezione: azulene Emette da S2 per la grande differenza energetica tra S2 ed S1

Regola di Vavilov

La resa quantica di fluorescenza indipendente dalla lunghezza donda di eccitazione

Spiegazione:

Lemissione avviene sempre dal livello vibrazionale fondamentale di S1

Conseguenze: Regola dellimmagine speculare

Lo spettro di emissione pu essere limmagine speculare di quello di assorbimento.

Vale se le curve di energia elettronica dello stato eccitato e fondamentale sono simili.

7-amminonaftalene-1,3-disolfonato di sodio (ANDA)

Rispettata

Violata

Perilene