spectroscopia de fluoresenta

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” IAŞI Facultatea Inginerie chimică şi protecţia mediului Domeniul de licenţă: Inginerie Chimică Programul de studii universitare de masterat METODE DE CARACTERIZARE SI TESTARE II Aplicaţiii practice 2012-2013, Ş.L. PUITEL A.C.

1

MTCM II L1

Caracterizarea compuşilor chimici prin tehnici de spectroscopie de fluorescenţă Interacţiunea radiaţiei electromagnetice cu materia

Ca rezultat al absorbţiei unei radiaţii electromagnetice de lungime de undă (potrivită) electronii

suferă aşa numitul fenomen de excitare, apar aşa numitele tranziţii electronice (S0-S1). Relaxarea sau revenirea din starea de excitare S1 la S0 poate avea loc prin mai multe căi. Cele mai importante ar fi:

− Conversia externă sau dezactivarea colizională (durată de viaţă de aproximativ 10-9); − Fluorescenţă (durată de viaţă de aproximativ 10-8); − Fosforescenta (durată de viaţă de aproximativ 10-2 până la 100 s); − Conversie internă 10-12s

Orbitali moleculari. Tranziţii electronice


2

Tipuri de tranziţii electronice

1. Tranziţii de tip σ – σ* sunt tranziţiile ce necesită cea mai mare cantitate de energie, λ<150 nm; 2. Tranziţii de tip n – σ* sunt caracteristice sistemelor molecularea care conţin heteroatomi în moleculă (N;O;S etc.) 180 nm <λ<370nm; 3. Tranziţii de tip n – π*

4. Tranziţii de tip π – π*

5. aromatic π → aromatic π*

Orbitali de tip π

Orbitali de tip σ

E Stări

energetice excitate

Ef

Orbitali de tip σ*

Orbitali de tip π*

Orbitali de tip n ↑↓

Stări energetice

fundamentale Ef

↑↓

↑↓ 0

Fenomene de luminiscenţă

Luminiscenţa este fenomenul de emisie a fotonilor (Radiaţie electromagnetică, REM) ca

urmare a fenomenului de tranziţie (revenire) dintr-o stare excitată într-o stare fundamentală, de echilibru.

Fenomenul de luminiscenţă Modul de realizare a excitării

Fotoluminscenţă(fluorescenţă, fosforescenţă, fosforescenţă întârziata)

Absorbţia luminii

Radioluminiscenţă Radiaţii ionizante(raze X, α,β,γ) Luminiscenţă catodică Fluxuri electronice Termoluminscenţă Iradiere termică Chemoluminiscenţă Proces chimic Bioluminiscenţă Procese biochimice Triboluminiscenţă Energie mecanică : procese de frecare şi procese electrostatice Sonoluminiscenţă Ultrasunete Bilanţul energetic al fenomenului de fluorescenţă


3

Randamentul cuantic:

Unde k sunt constantele de viteză pentru procesele care au loc la interacţiunea radiaţiei electromagnetice cu materia.

Diagrama energetică a tranziţiilor electronice.

Factori care afectează fenomenul de fluorescenţă 1. Tipul compusului chimic- structura chimică:

− prezenţa sau absenţa nucleului aromatic din structura; − potenţialul de conjugare − prezenţa unor grupe funcţionale electron donoare –OH, -NH2


4

Structurile ce prezintă heterociclu nu prezintă fluorescenţa semnificativă. Condensarea cu alte structuri aromatice creează o rigiditate la nivel molecular. Structura aşa numită rigidă reduce oportunitatea de relaxare vibraţională. Piridina furan, thyofen; Quinoline isoquinoline, indole, fluorene, bifenil 2. Fotostabilitatea chimică 3. Concentraţia şi lungimea drumului optic


5

4. Randamentul cuantic

5. pH-ul afectează prin promovarea fenomenelor de disociere. Fluoresceina

Forma cationică (ph acid< 2) Forma dianionică (ph bazic, 0,1 N NaOH)

forme anionice , pH =5

Formele neutre, pH = 3.1, nu prezintă fenomene de fluorescenţă. Forma p-chinoidă are culoare roşie; forma lactonică este incoloră; Forma zwiteronică are culoare galbenă.


6

6. Fenomenul de stingere sau reducere a fluorescenţei - prin prezenţa unei concentraţii mari sau a unui anume ion ex chinina prezinta fluorescenţă în soluţie de acid sulfuric 0,05 M dar nu şi în acid clorhidric 0.1. Prezenţa ionilor de clor reduce pana la total fenomenul de fluorescenţă. 7. Prezenţa oxigenului. Oxigenul poate conduce la fenomene de oxidare si distrugere a structurilor chimice care produc fluorescenţă. Mai mult, oxigenul este un agent de stingere a fluorescenţei. 8. Temperatura si vâscozitatea. Creşterea temperaturii şi reducerea vâscozităţii favorizează negativ fenomenul de fluorescenţă. Astfel, odată cu creşterea temperaturii are loc creşterea agitaţiei termice şi dezactivarea moleculelor excitate ca rezultat al coliziunilor intermoleculare. La reducerea temperaturii unele substanţe pot prezenta fenomene de fluorescenţă. Aparatură

Schema bloc a unui spectrometru de fluorescenţă Spectrometru de luminiscenţă perkin elmer LS 50 B

Partea practică

Se prepară o soluţie stoc de fluoresceină în etanol cu concentraţia 1000 ppm. Din această

soluţie de execută diluţii. Pentru înregistrarea spectrelor de emisie şi excitaţie se utilizează o soluţie de concentraţie 10 ppm sau mai mică. Se utilizează soluţii tampon pH 3, 4,5 şi 12.

Înregistrarea spectrelor de emisie

Setări aparat: Domeniu: 350…670 nm; lungime de undă excitaţie 498 nm, viteză de scanare medie; fantă monocromator excitaţie şi respectiv emisie 3,5. Se notează valoarea maximului de emisie la diferite valori ale pH-ului Înregistrarea spectrelor de excitaţie

Lugime de undă emisie ….512 nm conform determinării anterioare; domeniu: 350…670 nm

viteză de scanare medie; fantă monocromator excitaţie şi respectiv emisie 3,5. Se notează valoarea maximului de excitaţie.

Determinarea concentraţiei fluoresceinei în domeniul 0,1….1000 ppm prin măsurarea intesităţii fluorescenţei (la 512 nm)fluoresceinei în etanol 95%. Se construieşte o dreaptă de etalonare C=f(I). Prin interpolare se poate găsi valoarea concentraţiei fluoresceinei dintr-o probă cu concentraţie necunoscută.


7

Fluoresceină – forma acidă

spectroscopia de fluoresenta

Documents