Lumineszcencia alapjelenségek

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Lumineszcencia alapjelenségek"

Anikó Pap
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Lumineszcencia alapjelenségek (Nyitrai Miklós; 211 február 7.) Lumineszcencia Definíció: Egyes anyagok spontán fénykibocsátása, a termikus fényemissziótól függetlenül, elektrongerjesztést követően. Lumineszcens anyag energia átalakító Lumineszcencia Típusai (az elektrongerjesztés oka): Fotolumineszcencia Nagyobb energiájú optikai sugárzás átalakulása kisebb energiájú sugárzássá (fénycső) Katódlumineszcencia e - -ok mozgási energiája átalakul látható fénnyé (katódsugárcső) Elektrolumineszcencia Elektromos tér energiája átalakul fénnyé Kemilumineszcencia Kémiai energia átalakul fénnyé Termolumineszcencia Hő által indukált lumineszcencia Tribolumineszcencia Mechanikai munka átalakulása fénnyé luciferin + ATP Kemilumineszcencia luciferáz oxyluciferin + AMP + fény Tribolumineszcencia Elemi lépések a lumineszcencia során Energia elnyelése (abszorpció) Gerjesztés A többletenergia fény formájában történő kibocsátása Látható fény és röntgensugárzás kibocsátása átlátszó ragasztószalag letekerése során. Photos by Carlos Camara, Juan Escobar and Seth Putterman. 1

Katódlumineszcencia e - -ok mozgási energiája átalakul látható fénnyé (katódsugárcső) Elektrolumineszcencia Elektromos tér energiája átalakul fénnyé Kemilumineszcencia Kémiai energia átalakul fénnyé

2 C Szingulett és triplett állapotok szimmetrikus vibráció C A spinállapothoz rendelt mágneses momentumnak a mágneses tér irányához képest lehetséges orientációs állapotai száma = 2S+1 asszimetrikus vibráció C hajlításos!? vibráció Szingulett S= Triplett S=1 Abszorpció Energia-szintek E (total) = E (transzlációs) + E (elektromos) +E (vibrációs) + E (rotációs) ΔE (elektromos) ~ 1.* ΔE (vibrációs) ~ 1..*ΔE (rotációs) Vibrációs szintek Első gerjesztett állapot Elektron energia szintek Alapállapot Energia szintek közötti átmenetek (bővebben később) Aleksander Jablonski ( ) lengyel fizikus Abszorpció Kasha szabály Foton emisszió 2

? vibráció Szingulett S= Triplett S=1 Abszorpció Energia-szintek E (total) = E (transzlációs) + E (elektromos) +E (vibrációs) + E (rotációs) ΔE (elektromos) ~ 1.

3 Jablonski diagram A Jablonski diagram A Kasha szabály Gerjesztett-állapot Belső konverzió v. vibrációs relaxáció hő (1-12 s) S 1 Kasha-szab szabály! gerjesztés (1-15 s) Sugárzásmentes átmenet pl. belső konverzió = hő ( s) S S 1 S 1 S (1-8 s) Abszorbció Fluoreszcencia Foszforeszcencia hν S Alap-állapot vibrációs szintek Milyen időskálán zajlanak a folyamatok? Fluoreszcencia Foszforeszcencia 1-9 s 1-3 s gerjesztés A fluoreszcencia és foszforeszcencia definíciója S S A ns tartomány alapállapot 1-15 s gerjesztett állapot T S A > ms tartomány relaxáció fl. kioltás FRET Internal conversion (hő) A fluoreszcencia alapvető paraméterei Fluoreszcencia spektrum Intenzitás Kvantumhatásfok Élettartam Polarizáció Mi a fluoreszcencia spektrum? Definíció! a. Emissziós spektrum b. Gerjesztési spektrum (ld. abszorpciós sp.) 3

Fluoreszcencia Foszforeszcencia 1-9 s 1-3 s gerjesztés A fluoreszcencia és foszforeszcencia definíciója S S A ns tartomány alapállapot 1-15 s gerjesztett állapot T S A > ms tartomány relaxáció fl.

4 Emissziós spektrum Grafikon (függvénykapcsolat), mely a kisugárzott fény intenzitásának hullámhossztól (λ (em) ) való függését jellemzi. Reprezentálja az alapállapot vibrációs szintrendszerét (S ). λ (ex) =állandó λ (em) =változó Gerjesztési spektrum Grafikon (függvénykapcsolat), mely az elnyelt fény intenzitásának hullámhossztól (λ (ex) ) való függését jellemzi. Reprezentálja a gerjesztett állapot vibrációs szintrendszerét (S 1, S 2..). λ (ex) =változó λ (em) =állandó Kasha-szabály A fluoreszcencens fény kibocsátása (emisszió) mindig az első gerjesztett állapot legalacsonyabb vibrációs szintjéről(s 1 ) történik meg. Tükörkép-szabály Az abszorpciós (gerjesztési) és emissziós spektrumok általában tükör-szimmetrikusak. Fontos tehát: Stokes-féle eltolódás, Stokes-féle eltolódási törvény tükörkép spektrumok Az emissziós spektrum maximuma eltolódik a nagyobb hullámhosszak irányába (energiaveszteség!). fluoreszcencia intenzitás (a.u.) hullámhossz (nm) Fluoreszcencia gerjesztési és emissziós spektrumok tükörszimmetriája. 4

Reprezentálja a gerjesztett állapot vibrációs szintrendszerét (S 1, S 2..).

5 Gerjesztett-állapot S 1 Jablonski diagram belső átalakulás - hő (1-12 s) Kasha-szab szabály! Tükörkép p szabály! Foszforeszcencia A foto-lumineszcencia egy típusa. Időtartam (élettartam): ~ s (~ms - s) Triplett - szingulett átmenettel jár Spinátfordulás tiltott átmenet! gerjesztés (1-15 s) S S 1 S 1 S (1-8 s) Stokes-féle eltolódási törvt rvény! hν S Alap-állapot vibrációs szintek Foszforeszcencia Jablonski diagram Gerjesztett-állapot Vibrációs relaxáció (1-12 s) S 1 S 1 T 1 : rendszerek közötti átmenet ( s) gerjesztés (1-15 s) T 1 S S 1 T 1 S ( s ) hν S Alap-állapot vibrációs szintek Fluoreszcens folyamatok időtartama átmenet S (1) S (1) S (1) S () S (1) T (1) S (1) S () elnevezés vibrációs relaxáció fluoreszcencia rendszerek közötti átmenet sugárzásmentes átmenet sebességi állandó jele S () S (1) (S n ) gerjesztés S (n) S (1) belső átalakulás k (vibr.) k (intersys.crossing) T (1) S () foszforeszcencia k (p) T (1) S () sugárzásmentes k (qp) átmenet k (ic) k (f) k (q) időtartam (s) Fluorofórok Fluoreszcenciára képes molekulák. Belső fluorofórok (természetben előfordulnak) aromás aminosavak (triptofán, tirozin, fenilalanin) Külső fluorofórok IAEDANS, FITC 5

hν S Alap-állapot 5 4 2 3 1 vibrációs szintek Foszforeszcencia Jablonski diagram Gerjesztett-állapot Vibrációs relaxáció (1-12 s) S 1 S 1 T 1 : rendszerek közötti átmenet (1-1 1-8 s) gerjesztés (1-15

6 EF E Luciferin Hogyan mérünk fluoreszcenciát? ( steady-state eset) fényforrás hullámh. választás minta hullámh. választás detektor Nem lineáris elrendezés!!! SPEKTRFLURMÉTER SEMATIKUS RAJZA A fluoreszcencia alkalmazásának előnyei F M P S 9 o P - jó detektálhatóság: kis koncentrációban is jól mérhető - a fluoreszcencia érzékeny a környezetre M D Nem lineáris elrendezés!!! A fluoreszcencia alapvető paraméterei Fluoreszcencia spektrum Intenzitás Kvantumhatásfok Élettartam Polarizáció Milyen hatásfokkal fordítódik az elnyelt energia fénykibocsátásra. Q = Kvantumhatásfok (Q) emittált fotonok száma abszorbeált fotonok száma J = C J c ε ( λ ) l QF 6

fluoreszcencia érzékeny a környezetre M D Nem lineáris elrendezés!

7 Kvantumhatásfok (Q) Q = k f k f + k nr F F e Fluoreszcencia élettartam (τ) A gerjesztett állapot élettartama: Időtartam, mely alatt a gerjesztett molekulák száma e-ad részére csökken F ( k t + k nr ) t = Fe = F e t τ τ t Fluoreszcencia élettartam (τ) τ = 1 k f + k nr Fényforrások: lámpák, lézerek ptikai szűrők ptikai szűrők Felüláteresztő szűrők Sáv szűrők Aluláteresztő szűrők 7

2 F ( k t + k nr ) t = Fe = F e t τ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 τ t Fluoreszcencia élettartam (τ) τ = 1 k f + k

8 A reakció sémája Monokromátorok, polarizátorok, küvetták, detektorok A fluoreszcencia koncentráció-függése Lineáris függést várnánk, de! A belső-szűrő hatás (inner-filter effect) jelentkezik. Fluoreszcens festékek: natív vagy intrinsic fluorofórok (definíció) Triptofán, tirozin, fenilalanin Előnyük: Nem kell módosítani a fehérjét. Fluoreszcens festékek: külső vagy extrinsic fluorofórok A fehérjék fluoreszcens jelölése - e.g., denzil, fluoreszcein, rodamin, kumarin, lantanidak - a jelölők minősége és elhelyezkedése tervezhető. - a fluorofórokat specifikus kötőhelyekhez kapcsoljuk. - így a fehérje módosulhat, aktivitását tesztelni kell. 8

Fluoreszcens festékek: natív vagy intrinsic fluorofórok (definíció) Triptofán, tirozin, fenilalanin Előnyük: Nem kell módosítani a fehérjét.

9 A lényeg - a lumineszcencia jelensége - a fluoreszcencia és foszforeszcencia definíciója - fluoreszcencia paraméterek - Hogyan mérhetőek? - Alkalmazások (ld későbbi előadásokon is) 9

Hasonló dokumentumok

Abszorpció, emlékeztetõ

Hogyan készültek ezek a képek? PÉCI TUDMÁNYEGYETEM ÁLTALÁN RVTUDMÁNYI KAR Fluoreszcencia spektroszkópia (Nyitrai Miklós; február.) Lumineszcencia - elemi lépések Abszorpció, emlékeztetõ Energia elnyelése