3Proprietà della fluorescenza

Conseguenze: Regola di Kasha• Lo spettro di emissione è

indipendente dalla lunghezza d’onda di eccitazione

L’emissione avviene sempre dal livello vibrazionale fondamentale di S1 (fa eccezione l’azulene, che emette da S2 per la grande differenza energetica tra S2 ed S1)

Conseguenze: Stokes’ shift

• La luce emessa ha sempre energie minori di quella assorbita.

Conseguenze: Regola dell’immagine speculare

• Lo spettro di emissione può essere l’immagine speculare di quello di assorbimento.

• Vale se le curve di energia elettronica dello stato eccitato e fondamentale sono simili.

Mirror rule

Mirror rule fails!

Sodium 7-aminonapthalene-1,3-disulfonate (ANDA)

                                   

Tempo di vita dello stato eccitato Eccitazione IMPULSATA (d di Dirac)

kr= costante di decadimento radiativokn.r.= costante di decadimento attraverso i processi non radiativi[M*]= concentrazione di molecole nello stato eccitato

tkktkk

nrr

t

nrr

M

M

nrrnrr

nrrnrr eMMeM

M

tkkM

Mdtkk

M

Md

dtkkM

MdMkk

dt

Md

)(0

**)(

0*

*

0*

*

0

*

*

*

**

*

)(ln)(

)()(

*

0*

Tempo di vita dello stato eccitato

nrr

ttkk

kkeMMeMM nrr

10

**)(0

**

0

0.5

1

0 10 20 30 40 50

=10 ns

N/N

0 o

I/I 0

Time (ns)

0.01

0.1

1

0 10 20 30 40 50

=10 ns

N/N

0 o

I/I 0

Time (ns)

t

r eIIMkI

0*

min. msns PF

Resa quantica di un processo di rilassamento

assorbiti fotoni

emessi fotoni

idecadiment totale

radiativi idecadiment

F

nrr

rF kk

k

10 j

ii

jj k

k

idecadiment totale

j processo il tramiteidecadiment

Resa quantica di fluorescenza

1j

j

Sperimentalmente, per molecole organiche, si trova 11115

1915

1010

1010

sks

sks

nr

r

FFF

F

Fr

Fnr

F

Fr

FrFnrr

Fnrr

rF

kkk

kkkkk

k

1111

1

1,1‘-dietil-2,2’-cianinaChem. Phys Lett. 1986 130: 426.

0

0.2

0.4

0.6

0 0.5 1 1.5 2

Res

a q

uant

ica

(ns)

T=84 K

T=298 K108

109

1010

1011

100 150 200 250 300

kr

knr

k (s

-1)

T (K)

•Minore probabilità di transizioni radiative•Maggiore probabilità di conversione intersistema

Rigidità e resa quantica

•Processi non radiativi inibiti•Geometria di S0 ed S1 simile elevati fattori FC

4Fluorescenza in stato

stazionario

Il fluorimetroLampada

Monocromatore di eccitazione

Beam splitter

Lente

Lente

Monocromatore di emissione

lecc.

lem.

Campione

PMT“segnale”

PMT“riferimento”

Computer

Condizioni fotostazionarie

M+hnM+hn’

M*M

kAkr

knr

rst

stArstrst

Anrr

A

st

st

stnrrstA

nrrA

kI

MkkMkI

kkk

k

M

M

MkkMk

MkkMkdt

Md

cost.

)(

)(

0)(

*

*

*

**

•Si raggiunge (in pochi ns) una condizione di equilibrio, in cui è eccitata una frazione costante di fluorofori.•L’intensità di fluorescenza è costante e proporzionale alla resa quantica.•Con le normali intensità delle lampade, questa frazione è sempre prossima a 0 (kA dipende dal flusso di fotoni)