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CARACTERISTIQUES DE L’EMISSION DE FLUORESCENCE
Geneviève Bourg-Heckly
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LA LUMINESCENCE
interaction lumière - matière
DIFFUSION ABSORPTION
élastique inélastique PHOTOLUMINESCENCE
fluorescence phosphorescence
Electroluminescence, thermoluminescence, chimiluminescence,bioluminescence
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Fluorescence, terme introduit par Stokes en 1852, de fluor (fluorine = fluorure de Ca)
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2
Conversion intersystème
Phosphorescence
S0
S1
1 0
Fluorescence Absorption
Conversion interne
S2
T1
2 1 0
2 1 0
2 1 0
Que se passe-t-il après l’absorption?
Etat fondamental (énergie la plus basse)
Diagramme d’énergie dit de Jablonski
Ener
gie
Etat triplet
Etats singulets
Chocs Chaleur
DIAGRAMME DE JABLONSKI
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Note that absorbance is “vertical”; that is, absorbance is fast compared with the time required for molecular rearrangements. This is the Franck-Condon Principle.
Note also that fluorescence is a vertical process.
Diagramme de Jablonski
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S0 ∅ Sn! absorption--->10- 15 sec!
Sn ∅ S1 internal conversion (10-11 - 10-13 sec)!
S1 ∅ S0 + hν! fluorescence (10-7 - 10-10 sec)!
S1 ∅ Tn! intersystem crossing (10-10 - 10-8 sec)!
T1 ∅ S0 + hν! phosphorescence (10-3 à qqs sec)!
Temps caractéristiques !
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Forme du spectre d’émission
*Le spectre d’émission de fluorescence est toujours déplacé vers les grandes longueurs d’onde relativement au spectre d’absorption (c.f Jablonsky) Origine du déplacement de Stokes
*La forme du spectre d’émission est indépendante de la longueur d’onde d’excitation
*L’effet miroir
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La forme du spectre de fluorescence ne dépend pas de la longueur d’onde d’excitation
SPECTROSCOPIE DE FLUORESCENCE
Diapositive S. Bonneau
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Absorption and fluorescence emission spectra of rhodamine 123 in methanol.
Énergie et transition 0 --->0
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Effet miroir et principe de Franck-Condon
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Effet miroir
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Absorption and fluorescence emission spectra of LysoTracker Blue DND-22 in methanol.
Effet miroir
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Caracteristiques des états excités
1. Energie"
2. Rendement quantique"
3. Durée de vie "
4. Polarisation"
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Rendement quantique de fluorescence
Rem: Excited states decay exponentially with time I = I0 e-t/τ I0 = initial intensity at time zero, I = intensity at some later time t, τ = lifetime of the excited state. k= 1/ τ, where k is the rate constant
Les différents processus
de désexcitation
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Rendement de fluorescence
k i M* (S1) ---------> M(S0) + chaleur (tr. non radiatives)
kisc M* (S1) ---------> M(T)
kr M* (S1) ---------> M(S0) + fluorescence
Q = n. Photons émis n. Photons absorbés
= kr
ki+kisc+ kr
dM*/dt= - [M*] [ ki + kisc+ kr ]
knr =ki+ kisc
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Durée de vie de fluorescence
τ f = ki + kisc+ kr
1
-Durée de vie naturelle τ 0 = 1/ kr
- Rendement de fluorescence - Q = τ f / τ 0
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IF (λem ) = K.ΦF. IA
- ΙΑ = ΔI = I 0,λexc - I t, λexc = lumière absorbée à la λ d’excitation
K facteur instrumental ; ΦF=rendement de fluorescence
IF (λem ) = K.ΦF. ( I 0,λexc - I0, λexc.) e-α l.c
Pour les solutions diluées: e – α. l. c
= 1 – α . l. c ( en pratique absorbances < 0,1) ,
(Avec K' = K. I 0,λ. 2.3 ) (α = 2,3 ε)
IF (λem ) = K' .ΦF .I 0, λ exc (ε λεξχ . l. c)
---->l'intensité IF (λem ) est proportionnelle à l’absorbance de la solution.
-Spectre d'émission: λexcitation fixe - λémission variable
SPECTRES D'EMISSION DE FLUORESCENCE
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Ce spectre est une image du spectre d'absorption du chromophore qui fluoresce à condition que I0 ,λ soit constante quelque soit λ. En pratique, l'intensité incidente varie avec la longueur d'onde --> correction de spectres
SPECTRES D'EXCITATION DE FLUORESCENCE
Obtention d'un spectre d'excitation de fluorescence: λ d’excitation variable – longueur d’onde d'analyse (λem) fixe
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-----> Emission spectra : the excitation monochromator M1 is fixed and the emission monochromator M2 is scanned.
Excitation
Emission
------> Excitation spectrum : M2 is fixed and M1 is scanned. Excitation and absorption spectra should be identical.
Spectrofluorimètre