Espectroscopia De Luminiscencia Molecular 2u6p3e

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES DEPARTAMENTO ACADEMICO DE CIENCIAS AMBIENTALES

Curso: ANALISIS INSTRUMENTAL

ESPECTROSCOPIA DE LUMINISCENCIA MOLECULAR Ing. Franklin Dionisio Montalvo CIP 144231 Celular Movistar y RPM #967991166 correo electrónico [email protected]

FLUORESCENCIA Este fenómeno fue conocido a mediados del siglo 19 por Stoke, el que observo fluorescencia en el mineral de fluorita cuando luz ultravioleta incidía directamente sobre éste, emitiendo una luz fluorescente de una longitud de onda más larga a la de la luz de excitación. Figura 1: Un fotón de radiación ultravioleta (púrpura) choca con un electrón en el átomo, excitandolo y elevandolo a un nivel de mayor energía (amarillo). Subsecuentemente el electrón excitado se relaja a un nivel menor y emite luz en la forma de un fotón de baja energía (rojo), en la región del espectro visible.

Espectro emisión Absorción de fotones

Reacción química

Análisis cualitativo

Análisis cuantitativo

• espín del electrón • estados excitados singulete y triplete Estados excitados

• diagramas de niveles de energía para moléculas fotoluminiscentes

La velocidad a la que un fotón de radiación es absorbido es grande: el proceso requiere del orden de 10-14 a 10-15 s La emisión fluorescente, tiene lugar a una velocidad relativamente más lenta y depende inversamente de la absortividad molar del pico de absorción del proceso de excitación.

La emisión fosforescente requiere tiempos del orden de 10-4 a 10 s o más.

El camino más probable hacia el estado fundamental es aquel que minimiza el tiempo de vida del estado excitado

FLUORESCENCIA RELAJACIÓN VIBRACIONAL CONVERSIÓN INTERNA CONVERSIÓN EXTERNA CRUZAMIENTO ENTRE SISTEMAS

FOSFORESCENCIA

RELAJACIÓN VIBRACIONAL

Colisiones moleculares conducentes al estado fundamental vibracional

CONVERSIÓN INTERNA

Paso a un nivel electrónico inferior sin emitir radiación. Solapamiento de niveles vibracionales.

CONVERSIÓN EXTERNA

Transferencia de energía desde la molécula excitada hacia el disolvente.

CRUZAMIENTO ENTRE SISTEMAS

Transición entre dos estados electrónicos de diferente multiplicidad de espín. Más probables cuando se solapan los niveles vibracionales.

Diagrama parcial de energía para un sistema fotoluminiscente t = 10-12 s

t = 10-4s o más

moléculas fotoluminiscentes • espectro de excitación • espectro de emisión: Fluorescencia o Fosforescencia

Fenantreno

Antraceno a) espectro excitación b) espectro fluorescente una imagen especular uno del otro, ( las diferencias de energía vibracional para los estados electrónicos fundamental y excitado son más o menos las mismas)

• Rendimiento cuántico

• Tipos de transiciones

 = nº fotones emitidos/nº fotones absorbidos

•



kf

•

k f  k i  k ex  k in  k pr  k d

kf, kpr y kd

Estructura química

ki, kin y kex

Entorno químico

•

transición n-* ó -*, dependiendo de cual de estos niveles sea menos energético. Las transiciones -* y n-* no suelen producir fluorescencia ya que son muy energéticas y producen desactivación por predisociación o disociación. la eficacia cuántica es mayor para las transiciones -*

• •

•

•

Compuestos con grupos funcionales aromáticos Compuestos carbonílicos alifáticos y alicíclicos o estructuras con dobles enlaces muy conjugados Hidrocarburos aromáticos no sustituidos son fluorescentes en disolución, la eficacia cuántica aumenta con el número de anillos y con su grado de condensación. Para un número dado de anillos aromáticos, se observa que los sistemas lineales de anillos absorben y presentan fluorescencia a longitudes de onda mayores que los sistemas no lineales.

Antraceno

400 nm

Fenantreno

365 nm

• Heterociclos sencillos no son fluorescentes • Fusionados con anillos bencénicos sí

N

Piridina

N

Quinoleina

O

S

H N

Furano

Tiofeno

Pirrol

N

Isoquinoleina

H N

Indol

Tabla 1. Efecto de la sustitución en la fluorescencia del benceno

Compuesto Benceno Tolueno Propilbenceno Fluorobenceno Clorobenceno Bromobenceno Iodobenceno Fenol Ión fenolato Anisol Anilina Ión anilinio Ácido benzóico Benzonitrilo Nitrobenceno

formula C6H6 C6H5CH3 C6H5C3H7 C6H5F C6H5Cl C6H5Br C6H5I C6H5OH C6H5O C6H5OCH3 C6H5NH2 + C6H5NH3 C6H5COOH C6H5CN C6H5NO2

Longitud de onda de la fluorescencia, nm

Intensidad relativa de la fluorescencia

270-310 270-320 270-320 270-320 275-345 290-380 285-365 310-400 285-345 310-405 310-390 280-360 -

10 17 17 10 7 5 0 18 10 20 20 0 3 20 0

• Lámpara de descarga de Hg alta presión baja presión • lámpara de arco Xe • láseres de N o Ar

Fluorímetro absorción • Filtros interferencias

Espectrofluorímetro

• monocromadores redes difracción

• Vidrio o cuarzo • Rectangulares, con las cuatro caras pulimentadas

• Microcélulas de flujo (HPLC)

Las señales fluorescentes no son muy altas: •baja eficacia del fenómeno •sólo una fracción de la radiación fluorescente alcanza el detector

Tubos fotomultiplicadores (mayor sensibilidad)

Espectrofosforímetro

• Sensibilidad y selectividad entre métodos

luminiscentes y absorciométricos •Determinación de sustancias inorgánicas directa: uranilo, Ce(III), Tl(I) formación de quelatos fluorescentes midiendo la disminución de F: F-, CN-, metales transición

•Determinación de sustancias orgánicas • Enzimas, Productos Naturales, Vitaminas, Esteroides