Fluorescencija

Fluorescencija je pojava kod koje materija izložena elektromagnetnom zračenju emituje elektromagnetno zračenje veće talasne dužine od onog kojim je izložena.^[1] Poput ostalih vrsta luminiscencije, fluorescenciju pokazuju samo određeni materijali.^[2]^[3]

Teorija

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

Fluorescein fluorescira zeleno kad se izloži ultraljubičastomzračenju

Fluorescencija nastaje kada foton upadnog zračenja pobudi elektron molekula u neko pobuđeno stanje.^[4] Molekul se iz pobuđenog stanja može vratiti u osnovno stanje bilo emitovanjem fotona, bilo bez emitovanja fotona – neradijativnim putem. Kako svaki molekul pokazuje vibracije koje su kvantizovane, pobuđivanjem elektrona iz osnovnog stanja, molekul će se pobuditi u neko pobuđeno vibraciono stanje pobuđenog elektronskog stanja. Koje će vibraciono stanje biti najviše pobuđeno zavisi od preklapanja talasnih funkcija osnovnog vibracionog stanja osnovnog elektronskog stanja i vibracionih stanja pobuđenog elektronskog stanja, a opisuje se Frank-Kondonovim principom.

Molekuli u pobuđenim vibracionim stanjima se brzo (unutar nanosekunde) relaksiraju u osnovno stanje datog elektronskog stanja neradijativnim putem. Molekuli u pobuđenom elektronskom stanju, koji se nađu u osnovnom vibracionom stanju mogu emitovanjem fotona da pređu u osnovno elektronsko stanje. U koje će vibraciono stanje osnovnog elektronskog stanja molekul da pređe opet zavisi od preklapanja vibracionih talasnih funkcija. Molekul koja se nađe u osnovnom elektronskom stanju, opet prolazi kroz neradijativnu relaksaciju vibracionih stanja, dok se ne nađe u osnovnom vibracionom stanju. Razlika u energijama fotona upadnog i emitovanog zračenja je posledica vibracijskih relaksacija osnovnog i pobuđenog elektronskog stanja.

Fluorescencija je veoma brz proces. Ona je reda veličine nanosekunde. Važno je da se tokom svih promena koji se događaju prilikom fluorescencije ne menja multiplicitet elektronskih stanja. Kako su molekuli najčešće u singletnom stanju, molekuli u pobuđenom stanju takođe moraju da budu u singletnom stanju. Promjena multipliciteta događa se prilikom sličnog procesa fosforescencije.

Fluorescenciju pokazuju samo neki molekuli, te neki kristali. Važno je da se vibraciona stanja osnovnog elektronskog stanja ne mešaju s vibracionim stanjima pobuđenog elektronskog stanja, jer bi inače bila omogućena potpuna neradijativna relaksacija do osnovnog vibracionog stanja osnovnog elektronskog stanja.

Fluorescencija nije jedini proces kome molekul može da podlegne nakon apsorpcije fotona . Učinak fluorescencije se može definisati veličinom kvantni prinos:

\Phi ={\frac {N_{e}}{N_{a}}}

gde je $N_{e}$ broj emitovanih fotona, a $N_{a}$ broj apsorbovanih fotona.

Primena fluorescencije

Fluorescencija se koristi u fluorescentnim sijalicama. Unutrašnjost fluorescentne sijalice je ispunjena gasom pod niskim pritiskom, u koje se nalaze elektrode. Kad se elektrode stave pod električni napon gas svetli, uglavnom emitujući ultraljubičasto zračenje. Materija koja je nanesena na unutrašnje zidove fluorescentne sijalice apsorbuje ultraljubičasto zračenje i procesom fluorescencije emituje vidljivo zračenje veće talasne dužine. Na taj način fluorescentne sijalice emituju veći deo zračenja u vidljivom području.

Fluorescencija se koristi i u analitičke svrhe: materije koje fluoresciraju mogu se detektovati u vrlo niskim koncentracijama.

Biohemija i medicina

Endotelne ćelije pod mikroskopom sa tri zasebna kanala koja označavaju specifične ćelijske komponente

Fluorescencija se u naukama o životu uglavnom koristi kao nedestruktivan način praćenja ili analize bioloških molekula pomoću fluorescentne emisije na specifičnoj frekvenciji gde nema pozadinske pobudne svetlosti. Relativno mali broj ćelijskih komponenata je prirodno fluorescentan (ima unutrašnju ili autofluorescenciju). Zapravo, proteini ili druge komponente se mogu biti obeležiti veštačkim fluoroforima, fluorescentnim bojama koja mogu da budu mali molekul, belančevina, ili kvantna tačke. Taj postupak nalazi nalazi primenu u mnogobrojnim biološkim ispitivanjma.^[2]

U biologiji se različite ćelijske strukture mogu obojiti fluorescentnom bojom i tako učiniti vidljivim. Posebno je važna je boja etidijum bromid, koja se vezuje za DNK molekule ulazeći između nukleotida.

Kvantifikacija boje se vrši pomoću spectrofluorometra. Postoji i niz dodatnih primena:

Skeniranjem jačine fluorescencije širom ravni dobija se fluorescentni mikroskopski prikaz tkiva, ćelija, ili subcelularnih struktura. To se postiže putem obeležavanja antitelom sa fluoroforom, i omogućavanja antitelu da nađe ciljni antigen u uzorku. Obeležavanje sa više antitela sa različitim fluoroforima omogućava vizuelizaciju više ciljeva u istoj slici. DNK mikroarejevi su varijanta ovog postupka.
Automatizovano DNK sekvenciranje metodom terminacije lanca; svaka od četiri različite lanac-terminirajuće baze ima svoju specifičnu fluorescentnu oznaku. Kad se označeni DNK molekuli razdvoje, fluorescentna etiketa se pobudi UV izvorom i identitet terminalne baze se odredi koristeći talasnu dužinu emitovane svetlosti.

Povezano

Literatura

↑ Principles Of Instrumental Analysis F.James Holler, Douglas A. Skoog & Stanley R. Crouch 2006
↑ ^2,0 ^2,1 Joseph R. Lakowicz (2006). Principles of fluorescence spectroscopy. Springer. str. xxvi. ISBN 9780387312781. Pristupljeno 16 April 2011.
↑ Peter Atkins, Julio de Paula (2001). Physical Chemistry (7th edition izd.). W. H. Freeman. ISBN 0716735393.
↑ Donald A. McQuarrie, John D. Simon (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach (1st edition izd.). University Science Books. ISBN 0935702997.

Spoljašnje veze

Fluorophores.org Arhivirano 2012-12-05 na Archive.is-u, baza podataka fluorescentnih boja
Zeiss.com
ISS.com Arhivirano 2010-07-28 na Wayback Machine-u,

[1] Principles Of Instrumental Analysis F.James Holler, Douglas A. Skoog & Stanley R. Crouch 2006

[Lakowicz-2] 2,0 ^2,1 Joseph R. Lakowicz (2006). Principles of fluorescence spectroscopy. Springer. str. xxvi. ISBN 9780387312781. Pristupljeno 16 April 2011.

[Atkins7th-3] Peter Atkins, Julio de Paula (2001). Physical Chemistry (7th edition izd.). W. H. Freeman. ISBN 0716735393.

[McQuarrie1st-4] Donald A. McQuarrie, John D. Simon (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach (1st edition izd.). University Science Books. ISBN 0935702997.

[1]

[2]

[3]

[4]