Spettroscopia elettronica di emissione Flashcards
Quali tecniche di luminescenza di sono?
- Fotoluminescenza: luminescenza dovuta all’assorbimento di luce/fotoni nel range UV-Vis, si distingue in fosforecenza e fluorescenza
- Catodoluminescenza: luminescenza dovuta all’interazione con fasci catodici
- Chemiluminescenza: reazioni chimiche che generano l’emissione di radiazione elettromagnetica. Due reagenti [A] e [B] danno un intermedio instabile (eccitato) [P*] che tende a tornare allo stato fondamentale cedendo dei fotoni. Sono esempi:
o Lightstick: braccialetti o collane che diventano luminosi
o Luminol: che serve per riconoscere tracce ematiche anche laddove il sangue è stato lavato abbondantemente
o Lucciole: è un tipo di bioluminescenza
o Meduse - Radioluminescenza: abbiamo a che fare con radiazioni ionizzanti
- Termoluminescenza: il calore stimola la luminescenza
- Bioluminescenza: processi biochimici che producono l’emissione di radiazione elettromagnetica
- ElettroChemiluminescenza: luminescenza dovuta ad un campo elettrico
- Triboluminescenza: se ci sono forze di attrito o elettrostatiche
Quali sono le caratteristiche della radiazione elettromagnetica necessaria per la fotoluminescenza?
Questa radiazione deve avere energia pari al ΔE della molecola per indurre un momento elettrico oscillante (la nube elettronica oscillando causa un dipolo variabile).
Cosa può succedere quando una molecola viene colpita da una radiazione elettromagnetica?
- rilassamento vibrazionale: porta le molecole da stati energetici superiori al livello zero del loro livello energetico
- inter system crossing: i livelli energetici dello stato di tripletto sono isoenergetici con i livelli energetici dello stato di singoletto. L’elettrone cambia spin e poi si ha fosforescenza
- conversione interna: la molecola passa direttamente allo stato elettronico fondamentale, da cui potrà decadere per vie non radioattive.
- fluorescenza di risonanza: si parte da uno stato eccitato superiore al primo. È una fluorescenza poco probabile che avviene in casi particolari, come molecole rarefatte o in stato gassoso.
Nelle condizioni sperimentali normali non si verifica.
Quali solo le regole di uno spettro di fluorescenza?
- Mirror image rule
- Regola d’oro di Fermi
- Regola di Kasha
In cosa consiste la mirror rule?
Ci si aspetta che lo spettro di assorbimento e quello di emissione siano speculari perché non c’è motivazione per cui la distribuzione degli stati vibrazionali dello stato rilassato sia diverso da quella degli strati eccitati. Invece gli spettri sono caratterizzati da stokes shifts (differenze di energia tra massimo di emissione e massimo di assorbimento) riconducibile al rilassamento del solvente (per minimizzare l’energia, specialmente con solventi polari).
Non ci sono formule, è una determinazione sperimentali
In cosa consiste la regola di Kasha?
La lunghezza d’onda di emissione è indipendente da quella di eccitazione: qualunque lunghezza d’onda di assorbimento genera la stessa di emissione, perché tipica dello spettro.
Le sonde utilizzate in microscopia a fluorescenza hanno spettro di assorbimento ed emissione molto sovrapposti, con stocks shift molto piccolo. Questo permette di eccitare il campione a diverse lunghezze d’onda e ottenere la stessa lunghezza d’onda di emissione, cambia solo l’intensità di emissione.
Che cos’è la resa quantica?
la resa della molecola in termini di energia (quanti fotoni vengono assorbiti e quanti vengono emessi).
Rappresenta l’efficienza del processo in relazione ai fotoni assorbiti.
- Resa quantica integrale: ci si riferisce a tutti i fotoni assorbiti
- Resa quantica differenziale: ci si riferisce ai fotoni assorbiti nell’unità di tempo e di volume
La resa quantica di fluorescenza dipende da:
- Tipo di transizione elettronica coinvolta.
- Rigidità strutturale del fluoroforo: un fluoroforo rigido perde meno energia rotazionale, quindi si ha più fluorescenza
- pH e forza ionica
- Natura del solvente
- Temperatura
Definizione di sensibilità nelle misure in fluorescenza
è proporzionale alla resa quantica della molecola e all’intensità della luce assorbita.
Come si ottiene uno spettro di emissione?
1- Mandiamo una sola lunghezza d’onda sul campione selezionandola con il monocromatore.
2- Il campione assorbe la luce, passa allo stato eccitato e la emette in tutte le direzioni.
Noi scegliamo una direzione di acquisizione non sulla stessa direzione di arrivo ma con un angolo di 90°.
Come scelgo un detector adeguato per misurare uno spettro di emissione?
I detector non sono sensibili allo stesso modo alla luce in tutto lo spettro UV-Vis.
Il detector ha un’efficienza di conversione del segnale luminoso in elettrico rispetto a se si trova nell’UV, nel visibile o nel vicino infrarosso. Questa efficienza è specifica per ogni detector ed è comunicata nel libretto d’istruzioni.
Quando ottengo uno spettro devo valutare i picchi applicando una correzione dello spettro per quella che è la sensibilità del detector.
Quali possibili artefatti strumentali si possono avere quando si misurano gli spettri?
Rayleigh: porzione di luce eccitatrice che va al detector. Spesso non la vediamo perché misuriamo a lunghezze d’onda maggiori.
Raman: è data dallo scattering Raman cioè una luce diffusa dal solvente. È di bassa intensità (se la molecola è tanto fluorescente non si vede) e si sposta con la lunghezza d’onda di eccitazione
Armonica: sono di multipli della lunghezza d’onda eccitatrice (n λ o n λ/2).
DISEGNO
Come si ottiene uno spettro di eccitazione?
Si tiene fissa la lunghezza d’onda di emissione e si scansionano quelle di eccitazione.
Devo poi effettuare una correzione rispetto al profilo di emissione della lampada (non è un profilo perfetto)
Cosa accade se si ha solo decadimento per via radiativa?
resa quantica ɸ = 1
è dipendente dalla costante cinetica del fenomeno radiativo (kR).
Otteniamo quindi una curva esponenziale che dice che il numero di molecole che al tempo t risiede allo stato eccitato dipende dal numero di molecole iniziali, il tempo t e la costante cinetica.
Il numero di molecole al tempo t e al tempo 0 può essere tradotto in intensità di emissione, sperimentalmente io vedo quindi un decadimento
Cosa si intende per fenomeno monomolecolare?
Il tempo che intercorre tra l’eccitazione e l’emissione sarà variabile da molecola a molecola: ogni molecola ha il suo tempo, noi misuriamo il tempo medio.
Il momento in cui termina l’impulso è il t0 e si può poi avere decadimento radiativo o non radiativo
Cosa accade se il decadimento avviene anche mediante processi non radiativi?
resa quantica ɸ < 1
Tengo in considerazione gli altri fenomeni inserendo le costanti cinetiche dei fenomeni non radiativi.
Sperimentalmente posso misurare il tempo di vita della fluorescenza che corrisponde al tempo di vita dello stato eccitato solo se la molecola decade solo per via radiativa. Per molecole che decadono anche per altre vie, il tempo di vita della fluorescenza è solo una porzione.
È sempre necessario calibrare lo strumento nel modo corretto, se misuro per un tempo troppo lungo il decadimento non lo vedrò più come esponenziale ma diminuirà molto più velocemente.
