Fluorescencja Prof. Daniel T. Gryko

Prezentacja na temat: "Fluorescencja Prof. Daniel T. Gryko"— Zapis prezentacji:

1 Fluorescencja Prof. Daniel T. Gryko
Chemia koloru cz.5 Fluorescencja Prof. Daniel T. Gryko

2 Plan wykładu Podstawy zjawiska fluorescencji
Zależność fluorescencji od struktury Zastosowania fluorescencji

3 Podstawy zjawiska Luminescencja
Emisja fotonów (w zakresie ultrafioletu, widzialnym i podczerwonym) z elektronowych stanów wzbudzonych. Elektroluminescencja Pod wpływem prądu elektrycznego Chemiluminescencja Pod wpływem reakcji chem. Fotoluminescencja Pod wpływem światła

4 Podstawy zjawiska FotoLuminescencja Fluorescencja Fosforescencja
Ze stanów singletowych Fosforescencja Ze stanów trypletowych Fluorescencja opóźniona Termiczna (T1 → S1, mała różnica energii, czas życia T1 długi) Zderzenia T1 + T1 energia na powrót do S1

5 Diagram Jabłońskiego

6 Co się może stać? hv Fluorescencja opóźniona fosforescencja ISC
Zmiany konformacyjne IC hv Cząsteczka wzbudzona Transfer elektronu Przekształcenia fotochemiczne Ekscymery i ekscypleksy Transfer energii

7 Czasy procesów fotofizycznych
Absorpcja 10-15 s Relaksacja oscylacyjna s Czas życia stanu S1 s Przejście międzysystemowe s Wewnętrzna konwersja s Czas życia stanu T1 s

8 Jak powstaje widmo fluorescencyjne?

9 Dlaczego jest przesunięte batochromowo?

10 Pasma 0-0 i reguła Kashy Reguła Kashy
Stan S1 z geometrią S0 Stan S1 z geometrią S1 Stan S0 z geometrią S1 Stan S0 z geometrią S0 Reguła Kashy Obserwowana luminescencja niemal wyłącznie pochodzi z najniższego stanu wzbudzonego o danej multipletowości.

11 Podstawowe pojęcia Widmo Wydajność kwantowa Czas życia fluorescencji
Maksimum emisji λem Szerokość sygnałów Ilość sygnałów Wydajność kwantowa Φ = fotony wyemitowane/fotony zaabsorbowane Czas życia fluorescencji Opóźnienie pomiędzy absorpcją a emisją

12 Przesunięcie Stokesa Różnica energii pomiędzy sygnałem absorpcji o najniższej energii a sygnałem emisji o najwyższej energii (wyrażona w częstościach) Stokes Shift is 25 nm Fluoresceina 495 nm 520 nm Intensywność fluorescencji Dlugość fali

13 Preferowane właściwości związków fluorescencyjnych
Duża molowa absorbancja w rejonie wzbudzenia Wysoka wydajność kwantowa Fotostabilność Długi czas życia w stanie wzbudzonym Duże przesunięcie Stokesa

14 Struktura a fluorescencja
Efekt ciężkiego atomu NH2, OH etc. SO3H Zmiana przejścia o najniższej energii z π →π* na n→π* powoduje zmianę preferowanego procesu na ISC. Zwiazki karbonylowe

15 Struktura a fluorescencja
n→π* ma nizszą energię niż π →π* ale gdy są wiązania wodorowe może to ulec odwróceniu. Tak więc Φ wzrasta ze wzrostem H-donorowości rozpuszczalnika.

16 Struktura a fluorescencja
Φ = 0.54 Φ = 0.91 Usztywnienie cząsteczki zmniejsza możliwości przejść bezpromienistych a tym samym prowadzi do wyższej wydajności kwantowej fluorescencji.

17 Inwersja energii – polarność rozpuszczalnika

18 Fotoindukowane wewnątrzcząsteczkowe przeniesienie ładunku
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

19 Fotoindukowane wewnątrzcząsteczkowe przeniesienie ładunku

20 Zastosowania Sensory Wizualizacja związków biologicznie czynnych w komórkach Mikroskopia fluorescencyjna Polarność rozpuszczalnika Pomiary gęstości cieczy

21 Informacje Dziedzina 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

22 Podział sensorów

23 Co badamy? Sensory pH Aniony Cząst. obojętne Kationy

24 Sensory pH Chemia i biochemia analityczna Biologia komórki Medycyna
Rozkład pH w komórce (mikroskopia fluorescencyjna)

25 Typy sensorów pH Fotoindukowany transfer H+ 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.

26 Struktury sensorów pH

27 Zmiany emisji fluoresceiny

28 Sensory pH oparte na eT (typ C)

29 Sensory kationów Chemia, biologia, biochemia kliniczna, zanieczyszczenia środowiska Selektywność!!! Różne kompleksy, różne stechiometrie Fotoindukowany transfer elektronu Fotoindukowane rozdzielenie ładunku

30 Sensory kationów – fotoindukowany eT
transfer elektronu Tworzenie ekscymerów Dodatkowy transfer energii transfer energii

31 Excimers and exciplex Excited dimer – tworzą się gdy przez zderzenie
cząsteczki wzbudzonej z cząsteczką niewzbudzoną 1M* + 1M 1(MM)* Excited complex - tworzą się gdy przez zderzenie cząsteczki wzbudzonej z inną cząsteczką niewzbudzoną 1D* + 1A 1(DA)*

32 Kationy – fotoindukowany rozdział ładunku