Implikacje widm wzbudzenia

Oct 15 2020

Widma wzbudzenia fluorescencji pokazują zmianę intensywności fluorescencji jako funkcję długości fali wzbudzonego światła.

Interesują mnie pewne fizyczne konsekwencje powyższego.

Czy to oznacza, że przy maksymalnej długości fali wzbudzenia większość cząsteczek zostaje wzbudzona? A może po prostu emitują więcej fotonów na cząsteczkę na jednostkę czasu?

Dodatkowo, jeśli to pierwsze jest poprawne, czy istnieje związek między odsetkiem cząsteczek wzbudzonych a widmami wzbudzenia?

Odpowiedzi

2 M.Farooq Oct 15 2020 at 02:57

Widma wzbudzenia fluorescencji pokazują zmianę intensywności fluorescencji jako funkcję długości fali wzbudzonego światła. Czy to oznacza, że przy maksymalnej długości fali wzbudzenia większość cząsteczek zostaje wzbudzona? A może po prostu emitują więcej fotonów na cząsteczkę na jednostkę czasu?

Musisz zrozumieć, w jaki sposób zbierane jest widmo wzbudzenia. Musisz znać (lub przynajmniej mieć oszacowanie) maksymalnej emisji danej cząsteczki. Na przykład, jeśli mamy chininę, powinienem wiedzieć, że emituje ona niebieskie światło, a maksymalna długość fali emisji wynosi ~ 450 nm.

Teraz ustalimy długość fali emisji na 450 nm i przeskanujemy cały zakres UV-VIS pod kątem wzbudzenia. Powiedzmy, pobudzilibyśmy chininę 200 do 700 nm. Jedna długość fali na raz i policz, ile fotonów odpowiadających 450 nm zostało wyemitowanych. Ten wykres nazywa się widmem wzbudzenia.

Widmo wzbudzenia w zasadzie mówi ci, która długość fali (z danego instrumentu) będzie wykazywać największą intensywność. Podkreśliłem „dany instrument”, ponieważ widmo wzbudzenia musi zostać skorygowane o natężenie źródła światła. Będzie się różnić w zależności od instrumentu. Nikt go nie poprawia, bo jest to długa procedura, bo niestety normalizacja nie może tego poprawić.

W każdym razie skorygowane widmo wzbudzenia powinno pasować kształtem do widma absorpcji, pod warunkiem, że w cząsteczce jest tylko jeden fluorofor .

Chciałem połączyć widmo wzbudzenia z widmem absorpcji, ponieważ możemy teraz połączyć absorpcję molową ze wzbudzeniem. Rozważmy molową absorpcję jako miarę prawdopodobieństwa wzbudzenia. Im wyższa wartość absorpcji molowej, tym więcej cząsteczek będzie absorbować światło, a tym samym więcej będzie emitować. Więc twoja pierwsza interpretacja jest poprawna. Jest to zbiorowe zachowanie wszystkich cząsteczek, które są oświetlane w kuwecie.

Pamiętaj również, że emisja wzbudzenia to zwykle wzbudzenie jednego fotonu i emisja jednego fotonu w większości przypadków, dopóki nie używasz wymyślnych laserów. Więc nie można mieć jednego fotonu na wejściu i wielu fotonów na zewnątrz w rutynowych przypadkach. W rzadszych przypadkach rzeczywiście możesz mieć dwa fotony do wzbudzenia i jeden foton na zewnątrz. Znowu potrzebujesz laserów.

1 MaxW Oct 15 2020 at 02:05

Napisano dobre książki, aby wyjaśnić wszystkie implikacje spektroskopii fluorescencyjnej. Nie ma uniwersalnej odpowiedzi z powodu komplikacji eksperymentu. Ogólnie istnieją widma atomowe i widma molekularne.

Widma atomowe mają tendencję do dawania widm liniowych.
Jednak w przypadku cząsteczek energia wiązania elektronu zależy nie tylko od energii elektronowej, ale także od stanu wibracji cząsteczki. To sprzężenie tworzy mikrostan, a zatem cząsteczki mają tendencję do dawania szerokich pików.

Istnieje również przesunięcie Stokesa, które wskazuje, że ekscytujący foton musi mieć większą energię niż emitowany foton. Jest to w większości prawda, ale istnieje również promieniowanie rezonansowe i promieniowanie anty-Stokesa.

Dany:

Widma wzbudzenia fluorescencji pokazują zmianę intensywności fluorescencji jako funkcję długości fali wzbudzonego światła.

Czy to oznacza, że przy maksymalnej długości fali wzbudzenia większość cząsteczek zostaje wzbudzona?

Może...

Normalnie, próbując zmierzyć czułość wzbudzenia, normalizowałbyś liczbę fotonów wzbudzających. Pomyśl o tym jako o tym, ile fotonów emisyjnych byłoby wyemitowanych na foton wzbudzający w porównaniu do energii ekscytującego fotonu. (Zwykle przyjmuje się, że jest to mniej niż 1). Jednak rzeczywiste widma wzbudzenia nie muszą mieć tego samego natężenia fotonów przy każdej energii. Tak więc wiele fotonów wzbudzających przy nieoptymalnej energii może wytworzyć więcej fotonów wzbudzających niż optymalna energia przy niższym natężeniu.

A może po prostu emitują więcej fotonów na cząsteczkę na jednostkę czasu?

Na ogół jeden foton wzbudzający tworzy jeden stan wzbudzony, który może ulec rozpadowi w wyniku emisji fotonu.

Istnieją oczywiście lasery, w których atomy lub cząsteczki są pompowane do stanu wzbudzonego, a następnie jeden foton może stymulować wielokrotne emisje.