Fluorescencija

Izvor: Wikipedija

Tvar fluorescein fluorescira zeleno izložena ultraljubičastom zračenju

Fluorescencija je pojava kod koje tvar izložena elektromagnetskom zračenju emitira elektromagnetsko zračenje manje valne duljine od onog kojim je izložena. Poput ostalih vrsta luminiscencije fluorescenciju pokazuju samo određeni materijali.

[uredi] Teorija

Frack-Condonov dijagram: Slika prikazuje apsorpciju zračenja iz osnovnog elektronskog stanja (E0) u drugo vibracijsko stanje (v'=2) pobuđenog elektronskog stanja (E1). Emisija fotona je iz (v'=0) u drugo vibracijsko stanje osnovnog elektronskog stanja (v”=2).

Fluorescencija nastaje kada foton upadnog zračenja pobudi elektron iz molekule u neko pobuđeno stanje. Molekula se iz pobuđenog stanja može vratiti u osnovno stanje bilo emitiranjem fotona, bilo bez emitiranja fotona – neradijativnim putem. Kako svaka molekula pokazuje vibracije koje su kvantizirane, pobuđivanjem elektrona iz osnovnog stanja, molekula će se pobuditi u neko pobuđeno vibracijsko stanje pobuđenog elektronskog stanja. Koje će vibracijsko stanje biti najviše pobuđeno ovisi o preklapanju valnih funkcija osnovnog vibracijskog stanja osnovnog elektronskog stanja i vibracijskih stanja pobuđenog elektronskog stanja, a opisuje se Franck-Condonovim principom.

Molekule u pobuđenim vibracijskim stanjima se brzo (unutar nanosekunde) relaksiraju u osnovno stanje danog elektronskog stanja neradijativnim putem. Molekule u pobuđenom elektronskom stanju, koje se nađu u osnovnom vibracijskom stanju mogu emitiranjem fotona prijeći u osnovno elektronsko stanje. U koje će vibracijsko stanje osnovnog elektronskog stanja molekula prijeći opet ovisi o preklapanju vibracijskih valnih funkcija. Molekula koja se nađe u osnovnom elektronskom stanju, opet prolazi neradijativnu relaksaciju vibracijskih stanja, dok se ne nađe u osnovnom vibracijskom stanju. Razlika u energijama fotona upadnog i emitiranog zračenja je zbog vibracijskih relaksacija osnovnog i pobuđenog elektronskog stanja.

Fluorescencija je jako brzi proces; fluorescencija traje reda veličine nanosekunde. Važno je da se tijekom svih procesa koji se događaju prilikom fluorescencije ne mjenja multiplicitet elektronskih stanja. Kako su molekule najčešće u singletnom stanju, molekula u pobuđenom stanju također mora biti u singletnom stanju. Promjena multipliciteta događa se prilikom sličnog procesa fosforescencije.

Fluorescenciju pokazuju samo neke molekule te neki kristali. Važno je da se vibracijska stanja osnovnog elektronskog stanja ne mješaju s vibracijskim stanjima pobuđenog elektronskog stanja, jer bi inače bila omogućena neradijativna relaksacija skroz do osnovnog vibracijskog stanja osnovnog elektronskog stanja.

Fluorescencija nije jedini proces koji se može dogoditi molekuli koja je apsorbirala foton. Učinkovitost fluorescencije se može definirati veličinom kvantni iscrpak:

gdje je N_e broj emitiranih fotona, a N_a broj apsorbiranih fotona.

[uredi] Korištenje fluorescencije

Fluorescentna žarulja

Fluorescencija se koristi u fluorescentnim žaruljama. Unutrašnjost fluorescentne žarulje je ispunjen plinom pod niskim tlakom, kojem se elektrodama dovodi električna energija. Plin svjetli, uglavnom emitirajući ultraljubičasto zračenje. Tvar koja je nanesena na stjenke fluorescentne žarulje apsorbira ultaljubičasto zračenje i procesom fluorescencije emitira vidljivo zračenje niže valne duljine. Na taj način fluorescentne žarulje većinu emitiranog zračenja emitiraju u vidljivom području.

Fluorescencija se koristi i u analitičke svrhe: tvari koje fluoresciraju mogu se detektirati u vrlo niskim koncentracijama.

Elektroforeza na gelu: Fluorescentno bojilo etidijev bromid veže se na DNA i pokazuje područja gdje se nalazi DNA.

U biologiji se različite stanične strukture mogu obojiti fluorescentnom bojom i tako učiniti vidljivima. Posebno je važno bojilo etidijev bromid čije se molekule vežu s molekulama DNA ulazeći između nukleotida.