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CARACTERISTIQUES DE L’EMISSION DE FLUORESCENCE

Geneviève Bourg-Heckly

LA LUMINESCENCE

interaction lumière - matière

DIFFUSION ABSORPTION

élastique inélastique PHOTOLUMINESCENCE

fluorescence phosphorescence

Electroluminescence, thermoluminescence, chimiluminescence,bioluminescence

Fluorescence, terme introduit par Stokes en 1852, de fluor (fluorine = fluorure de Ca)

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

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

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 !

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

La forme du spectre de fluorescence ne dépend pas de la longueur d’onde d’excitation

SPECTROSCOPIE DE FLUORESCENCE

Diapositive S. Bonneau

Absorption and fluorescence emission spectra of rhodamine 123 in methanol.

Énergie et transition 0 --->0

Effet miroir et principe de Franck-Condon

Effet miroir

Absorption and fluorescence emission spectra of LysoTracker Blue DND-22 in methanol.

Effet miroir

Caracteristiques des états excités

1. Energie"

2. Rendement quantique"

3. Durée de vie "

4. Polarisation"

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

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

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

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

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

-----> 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