طیف سنجی فلورسانس چیست؟

طیف سنجی فلورسانس چیست؟

طیف‌سنجی فلورسانس، فلورسانس مولکول‌ها را بر اساس خواص فلورسنت آن‌ها تجزیه و تحلیل می‌کند.

فلورسانس درخشندگی است که وقتی یک مولکول توسط فوتون به حالت برانگیخته الکترونیکی برانگیخته می شود تا به حالت پایه برگردد اتفاق می افتد.

طیف‌سنجی فلورسانس از پرتوی نور برای تحریک الکترون‌ها در مولکول‌های ترکیبی خاص استفاده می‌کند و باعث می‌شود آنها نور ساطع کنند. نور از یک تک رنگ عبور می کند و وارد آشکارساز می شود که در آنجا تشخیص داده می شود، که برای اندازه گیری و شناسایی مولکول ها یا تغییرات در مولکول ها استفاده می شود.

مقدمه ای بر فلورسانس ثابت-طیف سنجی حالت و آزمایش مادام العمر

فلورسانس به طور گسترده به پدیده لومینسانس، نور ساطع شده توسط مولکول ها اشاره دارد. انواع مختلفی از درخشش وجود دارد.

فوتولومینسانس گسیل فوتون هایی است که توسط انرژی نور یا فوتون ها برانگیخته می شوند.

نورتابی شیمیایی، که به عنوان درخشندگی فوتون های برانگیخته شده توسط انرژی شیمیایی تعریف می شود، شامل نورتابی زیستی است، همانطور که در کرم شب تاب و بسیاری از موجودات دریایی دیده می شود.

الکترولومینسانس به گسیل فوتون‌ها گفته می‌شود که انرژی الکتریکی یا میدان الکتریکی قوی فوتون‌ها را تحریک می‌کند، مانند برخی کاربردهای روشنایی.

به طور خاص، فلورسانس نوعی نورتابی است که در آن نور الکترون ها را در حالت برانگیخته قرار می دهد. حالت برانگیخته به سرعت انرژی حرارتی را از طریق ارتعاش به محیط از دست می دهد و سپس فوتون ها را از پایین ترین حالت برانگیخته منفرد ساطع می کند. این فرآیند انتشار فوتون با سایر فرآیندهای غیر تشعشعی از جمله انتقال انرژی و اتلاف حرارت رقابت می کند.

هنگامی که از اصطلاح "فلورسانس" استفاده می شود، همان روش اندازه گیری به طور کلی برای هر یک از کلاس های لومینسانس بالا اعمال می شود.

طیف سنجی فلورسانس چیست؟

طیف‌های برانگیختگی فلورسانس و انتشار همدیگر را منعکس می‌کنند. طیف‌سنجی فلورسانس از انتشار و برانگیختگی برای مشاهده چگونگی تغییر یک نمونه استفاده می‌کند.

شکل 1: یک طیف تحریک فلورسانس (آبی) و یک طیف نشر (بنفش) تصاویر آینه ای از یکدیگر هستند.

طیف‌سنجی فلورسانس حالت ثابت زمانی است که یک مولکول وقتی توسط یک منبع نور ثابت برانگیخته می‌شود فلورسانس می‌شود و فوتون‌ها یا شدت ساطع شده به عنوان تابعی از طول موج تشخیص داده می‌شوند. طیف انتشار فلورسانس زمانی است که طول موج تحریک ثابت است، طول موج انتشار اسکن می شود و رابطه بین شدت و طول موج انتشار به دست می آید.

طیف تحریک فلورسانس زمانی است که طول موج انتشار ثابت است، با تغییر طول موج تکروماتور تحریک، شدت در طول موج‌های مختلف اسکن می‌شود. به این ترتیب، طیف اطلاعاتی در مورد نمونه و طول موج های جذبی برای انتخاب طول موج تک نشری بهینه برای تشخیص انتشار فراهم می کند. این شبیه به طیف‌سنجی جذبی است، اما از نظر محدودیت‌های تشخیص و ویژگی مولکولی، تکنیک حساس‌تری است. طیف‌های برانگیختگی مختص یک طول موج/نوع انتشار منفرد، نسبت به طیف جذبی همه گونه‌های جاذب در محلول یا نمونه اندازه‌گیری است. طیف گسیل و تحریک یک فلوروفور معین تصاویر آینه ای از یکدیگر هستند. به طور معمول، طیف های نشر در طول موج های بالاتر (انرژی های پایین تر) نسبت به طیف های تحریک یا جذب ظاهر می شوند.

این دو نوع طیفی (گسیل و تحریک) برای مشاهده چگونگی تغییر نمونه استفاده می شود. شدت طیفی و طول موج اوج می تواند با متغیرهایی مانند دما، غلظت یا برهمکنش با مولکول های اطراف تغییر کند. این شامل خاموش کردن مولکول ها و مولکول ها یا مواد درگیر در انتقال انرژی است. برخی از فلوروفورها به خواص محیط حلال مانند pH، قطبیت و غلظت‌های یونی خاص حساس هستند.

چه نوع مولکول ها یا موادی فلورسانس را نشان می دهند؟

طیف نشر فلورسانس برخی از فلوروفورهای رایج فلوروفورها نقش اصلی را در طیف‌سنجی فلورسانس ایفا می‌کنند و این نوع طیف‌سنجی را به یک تکنیک بسیار حساس تبدیل می‌کنند.

شکل 2: طیف انتشار فلورسانس برخی از فلوروفورهای رایج در سراسر طیف UV و مرئی

مولکول ها و مواد فلورسنت در اشکال و اندازه های مختلف وجود دارند. برخی از آنها ذاتاً فلورسنت هستند، مانند کلروفیل و باقی مانده اسیدهای آمینه تریپتوفان (Trp)، فنیل آلانین (Phe) و تیروزین (Tyr). بقیه مولکول‌هایی هستند که به‌عنوان رنگ‌ها یا برچسب‌های آلی پایدار سنتز شده‌اند که می‌توانند به سایر سیستم‌های غیر فلورسنت- اضافه شوند. به طور کلی، مولکول های فلورسنت آلی دارای ویژگی های ساختاری مانند حلقه های آروماتیک و الکترون های مزدوج π- هستند. بسته به اندازه و ساختار آنها، رنگ های آلی نور را در طول موج های مختلف از اشعه ماوراء بنفش تا مادون قرمز نزدیک ساطع می کنند.

در زیر برخی از فلوروفورهای متداول تصادفی وجود دارد که گسیل آنها در محدوده UV-Vis ​​قابل مشاهده است. برای برخی از عناصر خاکی کمیاب، مانند لانتانیدها، به دلیل پر شدن اوربیتال های الکترونی بالاتر، انتقال الکترونیکی به دلیل انتقال بار از لیگاندهای فلزی بین اوربیتال های 4f-5d یا حتی 4f-4f رخ می دهد. (Bunzli، 1989) مولکول های زیادی وجود دارند که در طبیعت نور ساطع می کنند، مانند برخی اسیدهای آمینه، کلروفیل و رنگدانه های طبیعی. برخی دیگر با دقت برای استفاده های خاص در طیف سنجی فلورسانس طراحی شده اند

نمونه هایی از مولکول ها و مواد فلورسنت:

اسیدهای آمینه (Trp، Phe، Tyr)

مشتقات جفت پایه (2-AP، 3-MI، 6-MI، 6-MAP، pyrrole-c، tC)

کلروفیل

پروتئین های فلورسنت (FPs)

رنگهای آلی (فلورسئین، رودامین، n-آمینوکومارین ها و مشتقات آنها)

عناصر کمیاب زمین (لانتانیدها)

نیمه هادی

نقاط کوانتومی

نانولوله های کربنی تک دیواره-

باتری خورشیدی

رنگدانه، آبکاری

فسفر

بیشتر…

سایر مولکول ها و مواد مانند پروتئین های فلورسنت، نیمه هادی ها، فسفرها و عناصر خاکی کمیاب معمولاً از نمونه های فلورسنت استفاده می شوند. پلیمرهای حاوی هیدروکربن‌های آروماتیک مزدوج یا دی‌ن‌ها اغلب دارای خواص فلورسنت هستند. البته دانشمندان روی ایجاد مواد جدید نیز کار کرده اند.