12.11 : משתנים המשפיעים על פוספורסצנציה ופלואורסצנציה

פלואורסצנציה ופוספורסצנציה הן תופעות מרכזיות בתחומים כמו כימיה אנליטית, דימות ביולוגי ומדעי החומרים, ומשמשים לזיהוי תכונות מולקולריות ולהדמיית מבנים תאיים. הבנת המשתנים המשפיעים על התנהגויות לומינסנטיות אלו חיונית לשיפור הדיוק והיעילות ביישומים שלהם. משתנים אלו מחולקים לשלושה תחומים עיקריים: מבנה כימי, תכונות ממס ותנאים חיצוניים, כאשר כל אחד מהם ממלא תפקיד ייחודי בקביעת עוצמת הפליטה והיעילות הקוונטית של פלואורסצנציה ופוספורסצנציה.

מבנה כימי

למבנה הכימי יש השפעה משמעותית על פלואורסצנציה ופוספורסצנציה.

תרכובות ארומטיות עם מעברי אנרגיה נמוכה מסוג π-ל-π* נוטות להציג פלואורסצנציה אינטנסיבית ויעילה. לעומת זאת, מבני קרבוניל אליפטיים ואליציקליים או מבנים עם קשרים כפולים מצומדים מאוד עשויים גם הם להאיר, אך בעוצמה פחותה. תרכובות טבעת מאוחה, כמו קינולין ואיזוקינולין, מראות לרוב פלואורסצנציה. תוספת קבוצה כימית לטבעת בנזן יכולה להשפיע משמעותית על אורכי הגל של המקסימום בספיגה ועל הפליטה בפלואורסצנציה. לדוגמה, תוספת הלוגנים גורמת לאפקט אטום כבד, המעלה את ההסתברות למעבר בין מערכות (intersystem crossing) למצב הטריפלטי. מנגד, תוספת קבוצת חומצה קרבוקסילית או קרבוניל מדכאת פלואורסצנציה. מולקולות עם מבנים נוקשים, כמו פלורן, נוטות להציג יעילות קוונטית גבוהה יותר, בעוד מולקולות לא נוקשות חוות שיעורי המרה פנימית מוגברים, המובילים לכיבוי קרינתי.

תכונות ממס

בחירת הממס משפיעה מאוד על עוצמת הפלואורסצנציה.

טמפרטורות גבוהות מפחיתות יעילות קוונטית עקב עלייה בהתנגשויות מולקולריות. ממסים בעלי צמיגות נמוכה משפרים המרה חיצונית ומפחיתים פלואורסצנציה, בעוד ממסים המכילים אטומים כבדים מדכאים פלואורסצנציה ומעודדים פוספורסצנציה. בנוסף, נוכחות חמצן מומס יכולה לדכא פלואורסצנציה על ידי קידום חמצון של המינים הפולטים או על ידי עידוד מעבר בין מערכות למצב הטריפלטי.

תנאים חיצוניים

גורמים סביבתיים, כמו pH, משפיעים על התנהגות הפלואורסצנציה, במיוחד בתרכובות ארומטיות עם קבוצות חומציות או בסיסיות. הצורות המיוננות והלא-מיוננות של תרכובות אלו מציגות שינויים בעוצמת הפליטה ובאורכי הגל שלהן, עיקרון המשמש בטיטרציות חומצה-בסיס לזיהוי נקודות סיום.