TEMA 6. LUMINISCENCIA

1. TEMA 6. LUMINISCENCIA

2. FLUORESCENCIA Este fenómeno fue conocido a mediados del siglo 19 por Stoke, el que observo fluorescencia en el mineral de fluorita cuando luz ultravioleta incidía directamente sobre éste, emitiendo una luz fluorescente de una longitud de onda más larga a la de la luz de excitación. Figura 1: Un fotón de radiación ultravioleta (púrpura) choca con un electrón en el átomo, excitandolo y elevandolo a un nivel de mayor energía (amarillo). Subsecuentemente el electrón excitado se relaja a un nivel menor y emite luz en la forma de un fotón de baja energía (rojo), en la región del espectro visible.

3. METODOS LUMINISCENTES FLUORESCENCIA FOSFORESCENCIA QUIMIOLUMINISCENCIA Análisis cualitativo Análisis cuantitativo Espectro emisión A A* Absorción defotones Reacción química Fotoluminiscencia Quimioluminiscencia

4. Sensibilidad (ppb) • Gran intervalo lineal • Selectividad • Menor aplicabilidad Características • espín del electrón • estados excitados singulete y triplete • diagramas de niveles de energía para moléculas fotoluminiscentes Estados excitados METODOS LUMINISCENTES Teoría de la fluorescencia y de la fosforescencia

5. METODOS LUMINISCENTES Diagrama parcial de energía para un sistema fotoluminiscente

6. METODOS LUMINISCENTES Velocidad de absorción y emisión La velocidad a la que un fotón de radiación es absorbido es grande: el proceso requiere del orden de 10-14 a 10-15 s La emisión fluorescente, tiene lugar a una velocidad relativamente más lenta y depende inversamente de la absortividad molar del pico de absorción del proceso de excitación ε = 103-105 t = 10-7-10-9 ε < 103 t = 10-6-10-5 La emisión fosforescente requiere tiempos del orden de 10-4 a 10 s o más.

7. METODOS LUMINISCENTES Proceso de desactivación El camino más probable hacia el estado fundamental es aquel que minimiza el tiempo de vida del estado excitado FLUORESCENCIA RELAJACIÓN VIBRACIONAL CONVERSIÓN INTERNA CONVERSIÓN EXTERNA CRUZAMIENTO ENTRE SISTEMAS FOSFORESCENCIA

8. METODOS LUMINISCENTES Diagrama parcial de energía para un sistema fotoluminiscente t = 10-12 s t = 10-4s o más

9. METODOS LUMINISCENTES Tipos de espectros moléculas fotoluminiscentes • espectro de excitación • espectro de emisión: Fluorescencia o Fosforescencia Fenantreno

10. METODOS LUMINISCENTES Tipos de espectros Antraceno a) espectro excitación b) espectro fluorescente una imagen especular uno del otro, ( las diferencias de energía vibracional para los estados electrónicos fundamental y excitado son más o menos las mismas)

11. Rendimiento cuántico  = nº fotones emitidos/nº fotones absorbidos Tipos de transiciones transición n-* ó -*, dependiendo de cual de estos niveles sea menos energético. Las transiciones -* y n-* no suelen producir fluorescencia ya que son muy energéticas y producen desactivación por predisociación o disociación. la eficacia cuántica es mayor para las transiciones -* METODOS LUMINISCENTES Variables que afectan a la fluorescencia y a la fosforescencia kf, kpr y kd Estructura química ki, kin y kex Entorno químico

12. METODOS LUMINISCENTES Fluorescencia y estructura • Compuestos con grupos funcionales aromáticos • Compuestos carbonílicos alifáticos y alicíclicos o estructuras con dobles enlaces muy conjugados • Hidrocarburos aromáticos no sustituidos son fluorescentes en disolución, la eficacia cuántica aumenta con el número de anillos y con su grado de condensación. • Para un número dado de anillos aromáticos, se observa que los sistemas lineales de anillos absorben y presentan fluorescencia a longitudes de onda mayores que los sistemas no lineales. 400 nm 365 nm

13. METODOS LUMINISCENTES Fluorescencia y estructura • Heterociclos sencillos no son fluorescentes • Fusionados con anillos bencénicos sí

14. METODOS LUMINISCENTES

15. METODOS LUMINISCENTES Fluorescencia y estructura • Rigidez estructural • Impedimento estérico La falta de rigidez en una molécula y el impedimento estérico produce probablemente aumento de la velocidad de conversión interna trans-estibeno cis-estibeno Fluorescente

16. METODOS LUMINISCENTES Fluorescencia y entorno químico • Temperatura Un aumento de tª provoca disminución de F • disolvente Disminución de la viscosidad provoca disminución de F átomos pesados aumenta la velocidad de formación del triplete Variaciones en la intensidad de fluorescencia de varios compuestos en función de la temperatura.  Trítofano.  Ácido indolacético. Quinina

17. METODOS LUMINISCENTES Fluorescencia y entorno químico • pH Cuanto mayor número de especies resonantes más estabilidad del primer estado excitado y como consecuencia de esto se produce una fluorescencia en la región ultravioleta • oxígeno disuelto reduce la intensidad de fluorescencia • sustancias paramagnéticas Cu, Fe, NO favorece la desactivación por cruzamiento entre sistemas. Anilina Ión anilinio • oxidación inducida fotoquímicamente de las especies fluorescentes. • atenuación (quenching), como consecuencia de las propiedades paramagnéticas del oxígeno molecular, el cual provoca cruzamientos entre sistemas y conversiones de las moléculas excitadas al estado triplete.

18. F = Kc METODOS LUMINISCENTES Fluorescencia y concentración • 2,303bc<0,05

19. METODOS LUMINISCENTES Instrumentación

20. METODOS LUMINISCENTES Instrumentación: Fuentes • Lámpara de descarga de Hg alta presión baja presión • lámpara de arco Xe • láseres de N o Ar

21. METODOS LUMINISCENTES Instrumentación Selectores de la longitud de onda absorción • Filtros interferencias Fluorímetro

22. METODOS LUMINISCENTES Instrumentación Selectores de la longitud de onda • monocromadores redes difracción Espectrofluorímetro

23. METODOS LUMINISCENTES Instrumentación Cubetas • Vidrio o cuarzo • Rectangulares, con las cuatro caras pulimentadas • Microcélulas de flujo (HPLC) Detector • Las señales fluorescentes no son muy altas: • baja eficacia del fenómeno • sólo una fracción de la radiación fluorescente alcanza el detector Tubos fotomultiplicadores (mayor sensibilidad)

24. METODOS LUMINISCENTES Instrumentación Espectrofosforímetro

25. METODOS LUMINISCENTES Metodología Aplicaciones • Sensibilidad y selectividad entre métodos luminiscentes y absorciométricos • Determinación de sustancias inorgánicas • directa: uranilo, Ce(III), Tl(I) • formación de quelatos fluorescentes • midiendo la disminución de F: F-, CN-, metales transición • Determinación de sustancias orgánicas • Enzimas, Productos Naturales, Vitaminas, Esteroides

26. METODOS LUMINISCENTES

27. METODOS LUMINISCENTES Metodología Aplicaciones • Determinación fosforimétrica Ácidos nucleicos, aminoácidos, enzimas, hidrocarburos del petróleo y pesticidas Métodos fosforimétricos que puedan llevarse a cabo a temperatura ambiente Compuestos adsorbidos en la superficie de sólidos Solubilización del analito en micelas de detergente en presencia de iones de metales pesados