Fluorescéncia

La fluorescéncia es una emission luminosa provocada per l'excitacion d'una molecula (mai sovent absorpcion d'un foton) sul còp seguit d'una emission espontanèa. Fluorescéncia e fosforescéncia son dos formas diferentas de luminescéncia. La fluorescéncia pòt entre autres servir a caracterizar un material.

Diferéncias entre fluorescéncia e fosforescéncia

Esquèma fluorescéncia vs fosforescéncia

Una molecula fluorescenta (fluorofòr o fluorocròma) possedís la proprietat d'absorbar de l'energia luminosa (lutz d'excitacion) e de la tornar rapidament jos forma de lutz fluorescenta (lutz d'emission). Un còp l'energia del foton absorbada, la molecula se trapa alara mai sovent dins un estat electronicament excitat, sovent un estat singulet, que se nòta S0*. Lo retorn a l'estat fondamental pòt alara se far de diferents biais: o per fluorescéncia, o per fosforescéncia.

La fluorescéncia se caracteriza per l'emission d'un foton de biais fòrça rapid. Aquela rapiditat s'explica pel fach que l'emission respècta una de las règlas de seleccion de l'emission de fotons de la mecanica quantica qu'es ΔS=0, çò que significa que la molecula demora dins un estat singulet.

La fosforescéncia, ela, se caracteriza per una transicion d'un estat S=0 cap a un estat S=1 (estat triplet), qu'es pas autorizada pel modèl quantic, mas qu'es fa possible pel coplatge spin-orbite. Pasmens, la transicion es mai lenta a se realizar. Seguís alara una emission de foton per tornar a l'estat fondamental.

Generalitats

La lutz tornada per la molecula excitada pendent la fluorescéncia pòt èsser de meteis longor d'onda (fluorescéncia de resonança) o de longor d'onde mai granda, veire a vegada mai pichona (absorpcion de dos fotons). Dins los mitan liquids subretot, lo fach que la longor d'onde d'emission après excitacion siá mai granda ven del fach que la molecula torna a l'estat fondamental a partir del nivèl de vibracion mai bas de l'estat excitat (règla de Kasha). Aquela diferéncia es nomenada desplaçament de Stokes.

Aquel deplaçament de l'espèctre d'emission cap a de longors d'onde mai nautas, descriu pel desplaçament de Stokes, facilita fòrça la separacion e la deteccion de la lutz de fluorescéncia, senhal especific desliurat pel fluorofor.

Existís una granda causda de fluorocromas, cadun podent èsser caracterizat pels espectres d'excitacion e d'emission.

Lo principi de fluorescéncia es utilizat, entre autres, dins los microscòpis confocals d'escancion làser, los microscòpis de fluorescéncia e los espectrofluoromètres.

Lo fenomèn de fluorescéncia se limita pas a l'emission dins l'espèctre visible, mas concernís tota la gama de l'espectre electromagnetic, per exemple l'emission de rais X (fluorescéncia X).

Istòria

• Fa gaireben 1000 ans existissiá a çò l'emperaire de China, un quadre magic su que aparessiá un buòu cada ser.
• Lo procediment tornèt èsser trobat per azard[./Fluorescence#cite_note-1 [n 1]]Modèl:Note pel cordonièr e alquimista bolonés Vincenzo Cascariolo (1571-1624) en 1603

• Lo tèrme derivat del mineral fluorita qu'a la particularitat de presentar plan frequentament una fluorescéncia, mas tanben una triboluminescéncia, veire una termoluminescéncia, sens èsser fosforescenta.
• Es Stokes qu'inventa lo mot fluorescéncia en 1852. Publica dins Philosophical Transactions of the Royal Society sas observacions sus un fenomèn que prepausa de nomenar fluorescéncia[./Fluorescence#cite_note-5 [n 2]]Modèl:Note (puslèu que rebat dispersiu), dins un article titulat On the change of refrangibility of light. Lo tèrme es introduch en 1853.
• 
  Fluorite
• 
  Adamite fluorescence verte et hémimorphite fluorescence bleu pâle
• 
  Calcite

Minerals podent presentar una fluorescéncia

Adamita, albita, allofana, alunita, ambligonita, analcima, andalosita, anglesita, anidrita, anquerita, antofillita, aragonita, autunita, benitoïta, berlinita, calcita, camosita, carlesita, caroïta, celestina, cerusita, colemanita, corindon, cristobalita, criolita, danburita, datolita, diaspora, diopsida, distena, dolomita, emimorfita, epidòta, eritrita, estroncianita, eulandita, flogopita, fosgenita, fluorita, fluorapatita, gips, haüyna , jadeïta, laumontita, lussatita, manganaxinita, magnesioaxinita, magnesita, melanoflogita, mellita, microclina, natrolita, okenita, oligoclasa, opala, pectolita, periclasa, prehnita, qüars, rodonita, sau gemma, scheelita, scolecita, smithsonita, sodalita, sfalerita, spinella,  spodumena, tenardita, topazi, torbernita, tremolita, tridimita, uvarovita, variscita, wollastonita, wulfenita, zoïsita.

Dins lo mond vivant

Sovent la fluorescéncia s'obsèrva dins la natura, son mai sovent visibles jol lutz UV. De tals cas son coneguts, entre autres, per de mycotas, de fruchs coma las bananas, de vegetals contenent de quinina coma Cinchona officinalis, d'artropòds coma los escòrpis, de mamifèrs coma los Didelfidats...

• 
  Campairòl fluorescent
• 
  jos UVA
• 
  Un escòrpi jos lutz Ultravioleta apareissent negre en lutz normala.
• 
  La quinina contenguda dins de bevendas gasosas lor dona una fluorescéncia visibla jos rai ultraviolet.
• 
  Bananas jos lutz del jorn e jos UV[10].

Caracteristicas dels fluorofòrs

Las diferentas caracteristicas dels fluorofòrs son:

• Longors d'onda: aquelas que correspondon als pics dels espèctres d'excitacion e d'emission,
• Coeficient d'extinccion (o absorpcion molara): liga la quantitat de lutz absorbada, per una longor d'onda donada, a la concentracion del fluorofòr en solucion (M^-1 cm^-1)
• Rendement quantic: eficacitat relativa de la fluorescéncia comparada a las autras vias de desexcitacion (= nombre de fotons emés / nombre de fotons absorbats)
• Durada de viada a l'estat excitat: es la durada caracteristica pendent que la molecule demora a l'estat excitat abans de tornanr a son estat basal (picoseconda). Aquela durada es assimilabla a la mièjavida de l'estat excitat.
• Fotoblanquiment (photobleaching): quand la molecula es a l'estat excitat, existís una probabilitat que participa a de reaccions quimicas (fotoquimicas), subretot amb l'oxigèn jos forma de radicals liures. Lo fluorocròma perd alara sas proprietats de fluorescéncia. Es a dire, quand s'excita una solucion de moleculas fluorescentas, una certa proporcion d'entre elas es destrusida a cada instant e en consequéncia l'intensitat de fluorescéncia decréis amb lo temps. Aqel fenomèn pòt èsser damatjable, per exemple en microscopia de fluorescéncia, mas pòt tanben èsser utlizat per mesurar la mobilitat moleculara pel metòde de redistribucion de fluorescéncia après fotoblanquiment (FRAP) o de FLIP (Pèrda de fluorescéncia pendent un fotoblanquiment local).

Aplicacions correntas

Diferentas Aplicacions

Arts: lutz negra e substéncias fluorescentas.

Del fach que la fluorescéncia se traduch mai sovent per l'emission de lutz visibla a partir d'una font d'energia invisibla (ultraviolets), los objèctes fluorescents pareisson mai luminoses que d'objèctes de meteissa tinta, mas non fluorescents. Aquela propriata es utilizada pels vestits de nauta visibilitat e per las pinturas anticollision de color irange, per exemple, de partidas dels avions, mas tanben per simpla estetica.

La fluorescéncia es tanben utilizada dins lo cas de la lutz negra, font luminosa compausada pas que de gaireben ultraviolets, que fa sortir los blancs e los objèctes fluorescents quand se dona a l'escur, per crear une ambiança especiala.

La fluorescéncia es tanben utilizada amb los rais X

• permet de convertir los rais en lutz visibla per l'uèi o un captor CCD, per d'imatgeriá, o per un fotomultiplicator (comptador de scintillacion utilizat en difractometria X o en espectrometria de fluorescéncia X);
• permet de caracterizar los materails, en espectrometria de fluorescéncia X.

La fluorescéncia es tanben utilizada dins d'autras tecnicas d'imatgeria medicalas coma la tomografia optica difusa o permeton de recuperar los fluorurs presents dins un teissit biologic.

Los suslinhadors pausan sul papièr una tinta fluorescenta visibla e resistenta a la lutz sens pasmens amagar lo quita tèxte.

La tecnica de deteccion del mercuri o del plomb per de fluoroionofòrs selectius es tanben una aplication de la fluorescéncia.

Tub fluorescent

Lo tub fluorescent (nom oficial: tub luminescent) es una autra aplicacion plan coneguda. Aqueles tubs son utilizat per l'esclairatge (nomenats « neons » per error: que le gas neon dona una lutz roja). Contenon de gas, mai sovent de vapors de mercuri a basa pression o de l'argon, que dona una lutz ultravioleta invisibla quand son ionizats. La paret interiora es cobèrta d'una mescla de polveras fluorescentas, que fa aquela lutz dins lo domènu visible s'aprochant del blanc. Aqueles tubs an un rendement eletric plan melhor qu'una lampa a incandescéncia classica, es a dire que donan mai de lumens per watt consomit e, donc calfan fòrça mens. Uèi, la forma pòt cambiar e l'electronica permet un rendement encara melhorat. Se trapan alara dins las lampas dicha a economia d'energia remplaçant plan las lampas a incandescéncia classicas (quitament se lor reciclatge en fin de vida es complèxe e car).

Utilizacion

La clorofila a, coma tot los pigments, es fluorescenta. La mesura de la fluorescéncia de la clorofila a, donanda per una plana o un organisme fotosintetic en general, es una aisina poderosa per mesurar l'absorpcion de la lutz e lo foncionament de la fotosintèsi.

D'ensags biologics, utilizan la fluorescéncia fotosintetica coma una mesura indirècta de la toxicitat sus un organisme fotosintetic. La bassa de fluorescéncia de la cloroflla a essent un signe de la bassa de la fotosintèsi e donc de l'efièch d'un polluent sus l'organisme.

Annèxes

Ligams extèrnes

• (en) Exemple de fluoromètre Portatif (de chez PSI)
• (en) Firefly plants that glow under stress
• (en) Removal of a cryptic intron and subcellular localization of green fluorescent protein are required to mark transgenic Arabidopsis plants brightly.
• (en) Day-Glo Flowers: Some bright blooms naturally fluoresce
• (en) Plants & Animals - Glowing in the Dark (Bioluminescent)
• (en) Fluorophores.org The database of fluorescent dyes
• (en) Techniques pour l'observation de la fluorescence des organismes marines

• (en,de) Histoire et recherche scientifique sur la signification biologique de la bio-fluorescence marine

• (fr) Liste des minéraux fluorescents avec indication des activateurs et spectres de fluorescence

Bibliografia

• Levaillant M (1923) Fluorescence et photochimie. Compt. rend. Acad. d. sc, 177, 398..
• Perrin F (1926) Polarisation de la lumière de fluorescence. Vie moyenne des molécules dans l’état excité. J. phys. radium, 7(12), 390-401.
• Sheppard CJR & Gu M (1990) Image formation in two-photon fluorescence microscopy. Optik, 86(3), 104-106.
• Lakowicz JR (2007). Principles of fluorescence spectroscopy. Springer (Plan) et extraits).
• Guilbault GG (1990) Practical fluorescence (Vol. 3). CRC Press.
• Reynaud S (1983) La fluorescence de résonance: étude par la méthode de l'atome habillé. In Annales de physique (Vol. 8, No. 4, pp. 315-370). EDP Sciences.
• Kooten O & Snel JF (1990) The use of chlorophyll fluorescence nomenclature in plant stress physiology. Photosynthesis Research, 25(3), 147-150 (résumé).
• Pinkel D, Straume T & Gray JW (1986) Cytogenetic analysis using quantitative, high-sensitivity, fluorescence hybridization. Proceedings of the National Academy of Sciences, 83(9), 2934-2938.
• Maxwell K & Johnson GN (2000) Chlorophyll fluorescence—a practical guide. Journal of experimental botany, 51(345), 659-668 (résumé).