Floresansı ve Fosferasansı Etkileyen Etmenler

Floresansı ve Fosferasansı Etkileyen Etmenler

Floresans ve Fosforesans etkileyen etmenler hem çevresel hem de yapısal etmenleri içerir.

1. Floresans ve Yapı

En iyi lüminesans π bağları olan moleküllerde dahası düşük enerjili π→ π* geçişine sahip aromatik halkalı moleküllerde görülür. Fakat bazı heterosiklik aromatik halkalar floresans özelliği göstermezler. Bunlara örnek olarak piridin, furan, pirol ve tiyofen verilebilir.

 

Şekil 1: (Sırasıyla) Piridin, Furan, Pirol, Tiyofen

Bu gibi moleküllerde floresans özelliğinin görülmeyişinin sebebi olarak bilim adamları düşük n→π* olması olarak görüyorlar. Bu geçiş hızlı bir şekilde uyarılmış molekülü triplet haline geçirerek floresans özelliği göstermesini engelliyor. Fakat bu moleküllerin bir fenil halkası ile birleşmesi π→ π* geçişi olasılığını arttıracağı için floresans kuantum verimi artar.

 

Şekil 2: Fenil grubu ile birleşmiş piridin ve pirol molekülleri

Halojenlerin aromatik halkalara bağlanması, floresans sinyali üzerine büyük bir etki göstermektedir. Bağlı olan halojenin molekül ağırlığı arttıkça floresansta düşme ve bunu müteakip fosforesansta bir artma gözlemlenmiştir. Bu etkiye ağır atom etkisi denmektedir. Ayrıca karbonil ya da karboksilik asit gruplarının eklenmesi de floresans özelliğini azaltır. Buradaki etki ağır atom etkisine benzer etkidir: Yani sistemler arası geçişi arttırmıştır (floresans sisteminden fosforesans sistemine doğru).

2. Yapısal Esnemezlik (Rijidite)

Esneklik ve esnemezlik açısından bir molekülün kimyasal yapısının doğası floresans ve fosforesans sinyal üzerine önemli etkisi vardır. Yüksek esneklik derecesi olan moleküllerin çarpışma olasılıkları yüksek olduğundan floresans özellikleri düşüktür. Fakat daha sert, esnemez yapılar daha düşük çarpışma olasılıklarına sahiptirler ve böylece floresans potansiyelleri daha yüksektir.

Ayrıca bazı metal kompleksleri, ligantlarının gösterdikleri floresans verimliliğinden daha yüksek verimlilik gösterir. Mesela 8-hidroksikinolin molekülünün floresans şiddeti çinko iyonları varlığında daha esnemez, sert bir kompleks oluşturduğundan floresans şiddeti artar.

3. Çözücü Etkisi

Çözücülerin karakterleri, moleküllerin luminesans davranışı üzerinde önemli etkileri vardır. Temel olarak üç ana etkenden bahsedebiliriz:

a. Çözücü Polaritesi

Polar çözücü, π→ π* geçişi için gerekli enerjiyi düşürür. Bundan dolayı tercih edilir.

b. Çözücü Viskozitesi

Daha viskoz çözeltiler çarpışma deaktivasyonunu (içsel, dışsal dönüşümler, titreşimsel durulmalar) düşürdüğünden dolayı tercih edilir.

c. Ağır Atom Etkisi

Eğer çözücü ağır atom içeriyorsa, floresans kuantum verimi azalacaktır ve fosforesans artacaktır.

4. Sıcaklık Etkisi

Sıcaklığın yükselmesi moleküllerin çarpışma olasılıklarını arttıracaklarından floresans ışıma azalır.

3.5. pH Etkisi

Birçok bileşik bazik ve hafif bazik çözeltilerde floresans özellik gösterirken bazıları asidik ortamda floresans özellik gösterir. Mesela, fenol asidik ortamda ayrışmamıştır, floresans vermez. Fakat bazik ortamda ayrıştığından dolayı iyi floresans verir. pH etkisi ile değişimin nedeni, asidik ve bazik türlerin rezonans formlarının farklı sayılarda olmasıdır.

6. Çözünmüş Oksijen Etkisi

Floresans şiddetini genelde azaltır. Çünkü oksijen ve onun gibi paramanyetik maddeler, uyarılmış molekülün singlet halden triplet hale geçişini kolaylaştırır. Bazen de analit oksijen ile yükseltgenip floresans şiddeti azalabilir. Çözünmüş oksijen, floresanstan ziyade fosforesansı etkiler. Çözünmüş oksijenin sistemler arası geçişi arttıracağından dolayı fosforesansın artacağını düşünmek mantıklıdır. Ama fosforesans çözünmüş oksijen varlığında tamamen bastırılır. Bu şöyle açıklanabilir: Oksijenin temel hali triplet halidir ve triplet haldeki bir elektronun singlet hale geçip rahatlaması için enerjisini triplet oksijene aktarmak spinde bir dönüş yapmasından daha kolaydır. Böylece oksijen uyarılmış olur ve bizim gözlemlediğimiz şey fosforesanstan daha çok oksijenin emisyonu olur. Bu yüzden fosforesans ölçümlerinde ortamdan oksijenin tamamen uzaklaştırılması gerekir.

7. Derişim Etkisi

F = k.(I0-I) eşitliğinde; I0: Uyarıcı ışın, I: Geçen ışın, k: Kuantum verimi ve F: Yayımlanan ışın şiddeti olmak üzere Lambert-Beer yasasındaki I = I0.10εbc değeri yerine konulup düzenlenirse F = k.I0.(1-10εbc) eşitliği elde edilir. Bu denklem Mac Lauren serisi ile açıldığında şu eşitlik elde edilir:

F = k.I0.(2.303 A – (2.303 A)2/2! + (2.303 A)3/3! – (2.303 A)4/4! + ….)

Düşük konsantrasyonlar kullanıldığında sadece ilk terim dikkate alınabilir. Bundan dolayı denklemimizi şöyle kolaylaştırabiliriz:

F = k.I0.(2.303 A)

Sabitlere K dersek eşitlik F = K.C halini alır.

F = K.I0.ε.b.c denklemi şunları gösterir:

a. Radyant (ışık saçma) gücü arttırılırsa floresans ışıma artar. Bu yüzden daha şiddetli ışın üreten cihazlar kullanılmalıdır.

b. Floresans ışıma ile molar soğurma arasında doğrusal ilişki vardır. Bu nedenle molar soğurması yüksek olan moleküller iyi floresans özellik gösterirler.

c. Floresans sinyali, uyarma ışının numune içinde aldığı yol ile (b) doğru orantılıdır.

d. Floresans sinyali, konsantrasyon ile doğru orantılıdır. Bu, logaritmik olan absorbans-konsantrasyon ilişkisinden farklıdır.

e. Absorbans 0.05’in altında olduğu zaman floresans sinyali ile konsantrasyon arasındaki doğrusal korelasyon gerçektir.   

Floresans şiddeti – Derişim eğrisinin doğrusallıktan sapma nedeni “özsoğurma” ve “özsöndürme” olaylarıdır.

Özsoğurma: Molekülün yayımladığı floresans ışın dedektöre ulaşıncaya kadar yol alırken diğer moleküllerle karşılaşır ve enerjisinin bir kısmı bu moleküllerce soğrulur. Yüksek derişimde karşılaşılacak molekül sayısı çok olacağı için floresans şiddeti düşer. Bu özsoğurma olarak adlandırılır.

Özsöndürme: Uyarılmış moleküller birbiriyle ve çözücü molekülleri ile etkileşerek enerjilerini ışımasız olarak diğer moleküllere aktarırlar. Dış dönüşüm gerçekleşir. Derişim arttıkça etkileşim artacağı için floresans şiddeti azalır.

Ayrıca absorbans değerinin 0.05’ten yüksek olması durumunda da eğrinin doğrusallıktan saptığı görülür.

Kaynaklar Lütfen Login yada Register gizli linkleri görebilmek için

Diğer İlgili Sayfalar

Moleküler Floresans Spektroskopisi

Uygulama Alanları

Moleküler Floresans Spektroskopisi Cihazı

Moleküler Floresans Spektroskopisi – Kavramlar

 

Rıdvan

Yıldız Teknik Üniversitesi'nde Doktora yapmakta.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir